KR20200123488A - Doped and coated lithium transition metal oxide cathode materials for batteries in automotive applications - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 충전식 배터리의 캐소드 재료로서 사용하기 위한 리튬 금속 산화물 분말로서, 일반식 Li1 +d (Nix Mny Coz Zrk M'm)1-d O2±e Af를 갖는 Li 금속 산화물 코어 입자로 이루어지고, Al2O3은 코어 입자의 표면에 부착되며, 상기 식에서 0 ≤ d ≤ 0.08, 0.2 ≤ x ≤ 0.9, 0 < y ≤ 0.7, 0 < z ≤ 0.4, 0 ≤ m ≤ 0.02, 0 < k ≤ 0.05, e < 0.02, 0 ≤ f ≤ 0.02 및 x + y + z + k + m = 1이며, M'은 군 Al, Mg, Ti, Cr, V, Fe 및 Ga로부터의 하나 이상의 원소로 이루어지고, A는 군 F, P, C, Cl, S, Si, Ba, Y, Ca, B, Sn, Sb, Na 및 Zn으로부터의 하나 이상의 원소로 이루어지며, 분말 중 Al2O3 함량이 0.05 중량% 내지 1 중량%인 리튬 금속 산화물 분말에 관한 것이다.The present invention provides a lithium metal oxide powder to be used as the cathode material of the rechargeable battery, the general formula Li 1 + d (Ni x Mn y Co z Zr k M 'm) 1-d O 2 Li having a ± e A f Consisting of metal oxide core particles, Al 2 O 3 is attached to the surface of the core particles, in the above formula 0 ≤ d ≤ 0.08, 0.2 ≤ x ≤ 0.9, 0 <y ≤ 0.7, 0 <z ≤ 0.4, 0 ≤ m ≤ 0.02, 0 <k ≤ 0.05, e <0.02, 0 ≤ f ≤ 0.02 and x + y + z + k + m = 1, M'is from groups Al, Mg, Ti, Cr, V, Fe and Ga Consists of one or more elements of the group F, P, C, Cl, S, Si, Ba, Y, Ca, B, Sn, Sb, Na and Zn, and Al in the powder It relates to a lithium metal oxide powder having a 2 O 3 content of 0.05% to 1% by weight.

Figure pat00001
Figure pat00001

Description

자동차 분야 배터리용 도핑 및 코팅된 리튬 전이 금속 산화물 캐소드 재료{DOPED AND COATED LITHIUM TRANSITION METAL OXIDE CATHODE MATERIALS FOR BATTERIES IN AUTOMOTIVE APPLICATIONS}Doped and coated lithium transition metal oxide cathode materials for automotive batteries {DOPED AND COATED LITHIUM TRANSITION METAL OXIDE CATHODE MATERIALS FOR BATTERIES IN AUTOMOTIVE APPLICATIONS}

본 발명은 자동차 분야와 같은 까다로운 기술을 위한 아주 우수한 배터리 재료를 제공하기 위해 상승 방식(synergistic way)으로 도핑 및 코팅된 충전식 배터리에서 사용하기 위한 리튬 전이 금속 산화물에 관한 것이다.The present invention relates to lithium transition metal oxides for use in rechargeable batteries doped and coated in a synergistic way to provide very good battery materials for demanding technologies such as the automotive field.

충전식 리튬 및 리튬 이온 배터리는, 이의 높은 에너지 밀도로 인해, 다양한 이동식 전자 장치 분야, 예컨대 휴대 전화, 랩탑 컴퓨터, 디지털 카메라 및 비디오 카메라에서 사용될 수 있다. 시판 리튬 이온 배터리는 통상적으로 그래파이트계 애노드 및 LiCoO2계 캐소드 재료로 이루어진다. 그러나, LiCoO2계 캐소드 재료는 값이 비싸고 통상적으로 대략 150 mAh/g의 비교적 낮은 용량을 가진다. Rechargeable lithium and lithium ion batteries, due to their high energy density, can be used in a variety of mobile electronic device fields, such as mobile phones, laptop computers, digital cameras and video cameras. Commercially available lithium ion batteries are typically made of graphite-based anode and LiCoO 2 -based cathode materials. However, LiCoO 2 based cathode materials are expensive and typically have a relatively low capacity of around 150 mAh/g.

LiCoO2계 캐소드 재료의 대안에는 LNMCO 종류 캐소드 재료가 포함된다. LNMCO는 리튬-니켈-망간-코발트-산화물(lithium-nickel-manganese-cobalt-oxides)을 의미한다. 조성은 LiMO2 또는 Li1 + x'M1 - x'O2이며, 여기서 M = NixCoyMnzM'm이다(이는 보다 일반적으로 "NMC"로 지칭되며, M'은 하나 이상의 도펀트이다). LNMCO는 LiCoO2와 유사한 층상 결정 구조(공간군 r-3m)를 가진다. LNMCO 캐소드의 장점은 순수한 Co에 비해 조성 M의 원재료 가격이 훨씬 싸다는 점이다. Ni의 첨가는 방전 용량의 증가를 가져오지만, 이는 Ni 함량이 증가함에 따라 열 안정성이 감소하는 것에 의해 제한된다. 이 문제점을 보완하기 위해, Mn을 구조 안정화 원소로서 첨가하지만, 동시에 일부 용량이 손실된다. 통상적인 캐소드 재료는 화학식 LiNi0 . 5Mn0 . 3Co0 . 2O2, LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 또는 Li1 .06M0. 94O2를 갖는 조성을 포함하며, 여기서 M = Ni1/3Mn1/3Co1/3O2이다(후자는 NMC111로서 지칭됨). LNMCO의 제조는 대부분의 경우 LiCoO2보다 복잡한데, 이는 전이 금속 양이온이 우수하게 혼합되는 특별한 전구체가 필요하기 때문이다. 통상적인 전구체는 혼합 전이 금속 수산화물, 옥시수산화물 또는 탄산염이다. Alternatives to LiCoO 2 based cathode materials include LNMCO class cathode materials. LNMCO stands for lithium-nickel-manganese-cobalt-oxides. The composition of LiMO 2 or Li 1 + x - a 'M 1 x' O 2, where 'is a m (which is referred to generally as "NMC" than, M, M = Ni x Co y Mn z M is one or more dopants to be). LNMCO has a layered crystal structure similar to LiCoO 2 (space group r-3m). The advantage of the LNMCO cathode is that the raw material cost of composition M is much cheaper compared to pure Co. The addition of Ni results in an increase in the discharge capacity, but this is limited by the decrease in thermal stability as the Ni content increases. In order to compensate for this problem, Mn is added as a structural stabilizing element, but at the same time some capacity is lost. A typical cathode material is the formula LiNi 0 . 5 Mn 0 . 3 Co 0 . 2 O 2, LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 or Li 1 .06 M 0. 94 O comprising the composition having a second, where M = Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ( the latter Referred to as NMC111). The preparation of LNMCO is in most cases more complex than LiCoO 2 because it requires a special precursor in which the transition metal cations are well mixed. Typical precursors are mixed transition metal hydroxides, oxyhydroxides or carbonates.

미래에는 리튬 배터리 시장이 점점 더 자동차 분야에 의해 지배될 것으로 예상된다. 자동차 분야는 가격이 비싸며 가능한 한 낮은 비용으로 제조되어야 하는 매우 큰 배터리를 필요로 한다. 가격의 상당한 부분은 캐소드, 즉 양극으로부터 기인한다. 저렴한 방법으로 이러한 전극을 제공하는 것은 비용을 저감하고 시장 허용(market acceptance)을 상승시키는 것을 도울 수 있다. 자동차 배터리는 또한 수년간 지속될 필요가 있다. 이 시간 동안 배터리는 항상 작동되지는 않는다. 긴 배터리 수명은 하기 두 가지 특성과 관계된다: (a) 저장 중 용량의 소량 감소 및 (b) 높은 사이클 안정성.In the future, the lithium battery market is expected to be increasingly dominated by the automotive sector. The automotive sector is expensive and requires very large batteries that must be manufactured at the lowest possible cost. A significant part of the price comes from the cathode, ie the anode. Providing these electrodes in an inexpensive way can help reduce costs and increase market acceptance. Car batteries also need to last for years. During this time, the battery is not always running. Long battery life is related to two characteristics: (a) small reduction in capacity during storage and (b) high cycle stability.

자동차 시장은 상이한 주요 응용분야들을 포함한다. EV(electric vehicle, 전기차)용 배터리는 수백 km의 주행 거리를 위한 에너지를 저장할 필요가 있다. 따라서 전지는 매우 크다. 자명하게도 필요한 방전 속도는 몇 시간 내 완전 방전을 초과하지 않는다. 따라서 충분한 출력 밀도(power density)가 용이하게 달성되고 배터리의 출력 성능(power performance)을 극적으로 개선하는 것에 어떠한 특별한 우려도 발생하지 않는다. 이러한 배터리에서의 캐소드 재료는 높은 용량 및 우수한 캘린더 수명을 가질 필요가 있다.The automotive market includes different major applications. Batteries for electric vehicles (EV) need to store energy for hundreds of kilometers of travel. Therefore, the battery is very large. Obviously, the required discharge rate does not exceed complete discharge within a few hours. Thus, a sufficient power density is easily achieved and no particular concern arises in dramatically improving the power performance of the battery. Cathode materials in such batteries need to have high capacity and good calender life.

이와는 반대로, HEV(hybrid electric vehicle, 하이브리드 전기차)는 훨씬 높은 구체적인 출력 요건을 가진다. 전기 보조 가속 및 회생 제동은 배터리가 수초 내에 방전 또는 충전될 것을 요구한다. 이러한 높은 속도에서 소위 직류 저항(Direct Current Resistance, DCR)이 중요해진다. DCR은 배터리의 적합한 펄스 시험에 의해 측정된다. DCR의 측정은 예를 들어 문헌["Appendix G, H, I and J of the USABC Electric Vehicle Battery Test Procedures"]에 기술되어 있으며, 이는 http://www.uscar.org에서 찾을 수 있다. USABC는 "US advanced battery consortium"를 의미하며 USCAR는 "United States Council for Automotive Research"를 의미한다.In contrast, hybrid electric vehicles (HEVs) have much higher specific power requirements. Electric assisted acceleration and regenerative braking require the battery to be discharged or charged within seconds. At such high speeds, so-called direct current resistance (DCR) becomes important. DCR is measured by the appropriate pulse test of the battery. The measurement of DCR is described, for example, in "Appendix G, H, I and J of the USABC Electric Vehicle Battery Test Procedures", which can be found at http://www.uscar.org. USABC stands for "US advanced battery consortium" and USCAR stands for "United States Council for Automotive Research".

DCR 저항이 작은 경우, 이때 충전-방전 사이클은 매우 효율적이며; 소량의 저항열(ohmic heat)만이 방출된다. 이러한 높은 출력 요건을 달성하도록 배터리는 얇은 전극을 갖는 전지를 수용한다. 이는 (1) Li가 짧은 거리로만 확산되고 (2) (전극 면적당)전류 밀도가 작아, 높은 출력 및 낮은 DCR 저항에 기여하도록 한다. 이러한 고출력 배터리는 캐소드 재료에 대해 엄격한 요건을 부과한다: 이는 가능한 한 적게 전체 배터리 DCR에 기여함으로써 매우 높은 방전 또는 충전 속도를 유지할 수 있어야 한다. 과거에는, 이것이 캐소드의 DCR 저항을 개선하는 것에 대한 문제점이었다. 더 나아가, 배터리의 장기간 작동 중에 DCR의 증가를 제한하는 것에 대한 문제점이었다.When the DCR resistance is small, then the charge-discharge cycle is very efficient; Only a small amount of ohmic heat is released. To achieve this high power requirement, the battery houses cells with thin electrodes. This allows (1) Li diffuses only over a short distance and (2) the current density (per electrode area) is small, contributing to high output and low DCR resistance. These high-power batteries impose stringent requirements on the cathode material: it should be able to maintain very high discharge or charge rates by contributing to the overall battery DCR as little as possible. In the past, this has been a problem with improving the DCR resistance of the cathode. Furthermore, it was a problem with limiting the increase in DCR during long-term operation of the battery.

자동차 배터리의 제3 종류는 PHEV(plug-in hybrid electric vehicle, 플러그 인 하이브리드 전기차)용 배터리이다. 출력에 대한 요건은 HEV보다는 덜하지만 EV 종류보다는 더 높다.The third type of vehicle battery is a battery for a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV). The power requirement is less than that of the HEV, but higher than that of the EV type.

종래 기술에서는 캐소드 재료의 배터리 수명뿐만 아니라 출력 특성도 개선하기 위한 많은 방법들이 교시되어 있다. 그러나, 많은 경우 이러한 요건들은 서로 모순된다. 한 예로서, 입자 크기의 감소는 표면적의 증가와 함께 캐소드 재료의 출력을 증가시킬 수 있음이 꽤 일반적으로 받아들여진다. 그러나, 제한된 배터리 수명에 대한 하나의 중요한 기여가 입자/전해질 계면에서 충전된 캐소드와 전해질 사이에서 일어나는 기생적(parasitary)인(원하지 않는) 부반응인 것과 같이, 표면의 증가는 바람직하지 않은 효과를 가질 수 있다. 이러한 반응의 속도는 표면적이 증가함에 따라 증가할 것이다. 따라서 개선된 출력, 특히 낮은 DCR을 갖지만, NMC 캐소드의 표면적이 추가로 증가하지 않는 캐소드 재료를 개발하는 것이 필수적이다.In the prior art, many methods are taught to improve the output characteristics as well as the battery life of the cathode material. However, in many cases these requirements contradict each other. As an example, it is quite generally accepted that reducing the particle size can increase the output of the cathode material with an increase in surface area. However, as one important contribution to limited battery life is the parasitary (undesired) side reaction that occurs between the charged cathode and the electrolyte at the particle/electrolyte interface, the increase in surface will have undesirable effects. I can. The rate of this reaction will increase as the surface area increases. Therefore, it is essential to develop a cathode material that has an improved output, particularly a low DCR, but does not further increase the surface area of the NMC cathode.

도핑과 코팅이 어떻게 캐소드 재료의 사이클 안정성을 개선하고, 궁극적으로 배터리 수명을 개선하는 것을 도울 수 있는지 널리 보고되어왔다. 유감스럽게도, 이러한 접근법 중 다수는 출력 용량의 열화를 야기한다. 특히 Zr, Mg, Al 등에 의한 도핑, 뿐만 아니라 인산염, 플루오라이트 및 산화물에 의한 코팅이 보고되어 왔지만, 많은 경우 그리고 꽤 일반적으로 이는 저하된 출력 성능을 야기한다. 본 발명자들은 이것이 도핑 또는 코팅 중에 일어나는 특정 캡슐화 효과와 연관되어 있다고 여긴다. 캡술화는 전해질의 충전된 LNMCO 캐소드 표면과의 직접 접촉을 방지하거나 제한하지만, 동시에 리튬이 캡슐화 층을 관통하기는 보다 어려워진다. 따라서 출력의 감소를 일으키지 않으면서 배터리 수명을 개선하도록 하는 개선된 처리된 캐소드 재료를 개발하는 것이 필수적이다.It has been widely reported how doping and coating can help improve the cycle stability of cathode materials and ultimately improve battery life. Unfortunately, many of these approaches lead to degradation in output capacity. In particular, doping with Zr, Mg, Al, etc., as well as coatings with phosphates, fluorites and oxides, have been reported, but in many cases and quite generally this leads to poor output performance. The inventors believe that this is associated with certain encapsulation effects that occur during doping or coating. Encapsulation prevents or limits the direct contact of the electrolyte with the filled LNMCO cathode surface, but at the same time makes it more difficult for lithium to penetrate the encapsulation layer. Therefore, it is essential to develop an improved treated cathode material that will improve battery life without causing a decrease in power.

LNMCO 재료의 Zr를 이용한 도핑은 US 8,343,662로부터 공지되어 있으며, 여기서 Zr은 충방전 사이클 중에 방전 전압 및 용량의 저하를 억제하고 사이클 특성을 개선하도록 첨가된다. 여기서 Li 전구체 및 공침 Ni-Mn-Co 수산화물은 Zr-산화물과 혼합되고, 혼합물은 공기 중에서 1000℃에서 가열된다.Doping of the LNMCO material with Zr is known from US 8,343,662, wherein Zr is added to suppress a decrease in discharge voltage and capacity during a charge/discharge cycle and to improve cycle characteristics. Here, the Li precursor and the coprecipitated Ni-Mn-Co hydroxide are mixed with the Zr-oxide, and the mixture is heated at 1000°C in air.

US 7,767,342에서는, 자기 방전 및 내부 저항의 증가에 대항함으로써 배터리의 보존 특성을 개선하도록, 리튬 전이 금속 산화물 중 알루미늄, 규소, 티타늄, 바나듐 등과 같은 "같지 않은(dissimilar)" 원소의 산화물로 도핑하는 것이 제안되어 있다. Ni-Mn-Co 복합 산화물에 관하여 고가의 소결 방법들이 제안되어 있다: In US 7,767,342, doping with oxides of "dissimilar" elements such as aluminum, silicon, titanium, vanadium and the like among lithium transition metal oxides to improve the storage properties of the battery by countering self-discharge and increased internal resistance. Is proposed. Expensive sintering methods have been proposed for Ni-Mn-Co composite oxides:

A) Li-TM(전이 금속)-산화물과 "같지 않은" 원소의 산화물과의 혼합, 및 후속 소결, A) Mixing of Li-TM (transition metal)-oxides with oxides of elements "not equal to", and subsequent sintering,

B) Li- 및 TM-전구체와 "같지 않은" 원소 전구체와의 혼합, 및 후속하여 공기 중에서 소결시킴으로써 "같지 않은" 원소를 산화하고 이를 Li-TM-산화물 중에 섞는 것; 또는 B) mixing the Li- and TM-precursors with the “dissimilar” elemental precursors, and subsequently oxidizing the “dissimilar” elements by sintering in air and mixing them in the Li-TM-oxide; or

C) Li-TM-산화물과 "같지 않은" 원소의 전구체와의 혼합, 및 후속하여 산화 조건 하의 소결.C) Mixing of Li-TM-oxide with a precursor of an element "not equal to", and subsequently sintering under oxidizing conditions.

코팅 및 후속 열 처리를 수반하는 종래 기술의 한 예는 US 8,007,941이다. 충전식 리튬 배터리용 양성 활물질이 개시되어 있으며, 이는 적어도 하나의 리튬화(lithiated) 화합물을 포함하는 코어; 및 양성 활물질을 형성하는 코어 상의 표면 처리 층을 포함하며, 표면 처리 층은 비리튬 수산화물 또는 비리튬 옥시수산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 코팅 재료를 포함하고, 코팅 재료는 Sn, Ge, Ga, As, Zr, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 코팅 원소를 포함하며, 코팅 재료는 무정형이다. 재료는 400℃ 내지 600℃로 가열하고, 후속하여 10~15 시간 동안 700℃ 내지 900℃로 가열함으로써 예비 처리되어 유기 Al 담체의 탄소를 제거한다. One example of a prior art involving coating and subsequent heat treatment is US 8,007,941. There is disclosed a positive active material for a rechargeable lithium battery, which includes a core including at least one lithiated compound; And a surface treatment layer on the core forming an amphoteric active material, wherein the surface treatment layer comprises a coating material selected from the group consisting of non-lithium hydroxide or non-lithium oxyhydroxide, and the coating material is Sn, Ge, Ga, As, Zr, and a coating element selected from the group consisting of mixtures thereof, and the coating material is amorphous. The material is pretreated by heating to 400° C. to 600° C., followed by heating to 700° C. to 900° C. for 10 to 15 hours to remove carbon of the organic Al carrier.

Zr을 비롯한 긴 목록으로부터 선택된 도펀트를 이용한 코팅 및 LNMCO의 금속 또는 준금속 산화물을 이용한 코팅은 둘 다 US2011/0076556에 개시되어 있다. 그러나, 왜 도펀트가 사용되어야 하는지에 대한 기재는 없으며, 금속 산화물은 알루미늄-, 비스무트-, 붕소-, 지르코늄- 마그네슘-산화물(등)을 포함하는 긴 목록 중 하나일 수 있다. 또한, Al2O3 코팅은 리튬 금속 산화물 분말의 고온 반응에 의해 얻어지며 그 결과 알루미늄 수산화물이 침전된다. 알루미늄 산화물 층을 수득하기 위해 습식 침전 단계 후 필요한 추가 가열 단계는 캐소드 및 코팅 층이 중간 구배를 형성하는 좋지 않은 상황을 야기한다. Coatings with dopants selected from a long list including Zr and coatings with metal or metalloid oxides of LNMCO are both disclosed in US2011/0076556. However, there is no description as to why the dopant should be used, and the metal oxide may be one of a long list containing aluminum-, bismuth-, boron-, zirconium-magnesium-oxides (etc.). In addition, Al 2 O 3 coating is obtained by high temperature reaction of lithium metal oxide powder, resulting in precipitation of aluminum hydroxide. The additional heating step required after the wet precipitation step to obtain the aluminum oxide layer leads to an unfavorable situation in which the cathode and coating layer form an intermediate gradient.

US2002/0192148에서는 전해질과 리튬 금속 애노드 사이에 리튬 금속 애노드 보호 층과 함께 순차적으로 스택된 캐소드, 전해질, 및 리튬 금속 애노드를 갖는 리튬 배터리를 위한 리튬 금속 애노드 보호 층의 형성 방법이 개시되어 있으며, 이 방법은 리튬 금속 애노드의 표면을 활성화하는 단계; 및 리튬 금속 애노드의 활성화된 표면 상에 LiF 보호 층을 형성하는 단계를 포함한다. US2006/0275667에서는 적어도 리튬(Li) 및 코발트(Co)를 함유하는 산화물로 제조된 복합 산화물 입자; 및 복합 산화물 입자의 적어도 일부 상에 제공되고 니켈 및 망간 중 적어도 하나 및 리튬을 함유하는 산화물로 제조된 코팅 층을 포함하는 캐소드 활물질이 개시되어 있다. US2005/0227147에서는, 리튬, 니켈, 및 리튬 및 니켈 이외의 적어도 하나의 금속 원소를 함유하는 리튬 니켈 복합 산화물; 및 리튬 탄산염, 알루미늄 수산화물, 및 알루미늄 산화물을 함유하는 층으로서, 상기 리튬 니켈 복합 산화물의 표면 상에 담지되는 것인 층을 포함하는 비수 전해질 2차 배터리용 양극 활물질이 개시되어 있다. US2002/0192148 discloses a method of forming a lithium metal anode protective layer for a lithium battery having a cathode, an electrolyte, and a lithium metal anode sequentially stacked with a lithium metal anode protective layer between the electrolyte and the lithium metal anode. The method includes activating the surface of a lithium metal anode; And forming a LiF protective layer on the activated surface of the lithium metal anode. In US2006/0275667, a composite oxide particle made of an oxide containing at least lithium (Li) and cobalt (Co); And a coating layer provided on at least a portion of the composite oxide particles and made of an oxide containing at least one of nickel and manganese and lithium. In US2005/0227147, lithium, nickel, and lithium nickel composite oxide containing at least one metal element other than lithium and nickel; And a layer containing lithium carbonate, aluminum hydroxide, and aluminum oxide, which is supported on a surface of the lithium nickel composite oxide. A positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery is disclosed.

본 발명은, 저렴한 방법으로 제조되고, 특히 상기 언급된 DCR 및 다른 문제들의 관점에서, 자동차 배터리 분야에 특히 적합한, 개선된 양극용 리튬 전이 금속 캐소드 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide an improved lithium transition metal cathode material for a positive electrode, which is manufactured in an inexpensive manner and is particularly suitable for the automotive battery field, particularly in view of the above-mentioned DCR and other problems.

제1 양태로부터 보아, 본 발명은 충전식 배터리의 캐소드 재료로서 사용하기 위한 리튬 금속 산화물 분말로서, 일반식 Li1 +d (Nix Mny Coz Zrk M'm)1-d O2±e Af를 갖는 Li 금속 산화물 코어 입자로 이루어지고, Al2O3가 코어 입자의 표면에 부착되며, 상기 식에서 0 ≤ d ≤ 0.08, 0.2 ≤ x ≤ 0.9, 0 < y ≤ 0.7, 0 < z ≤ 0.4, 0 ≤ m ≤ 0.02, 0 < k ≤ 0.05, 0 ≤ e < 0.02, 0 ≤ f ≤ 0.02 및 x + y + z + k + m = 1이며, M'은 군 Al, Mg, Ti, Cr, V, Fe 및 Ga로부터의 하나 이상의 원소로 이루어지고, A는 군 F, P, C, Cl, S, Si, Ba, Y, Ca, B, Sn, Sb, Na 및 Zn으로부터의 하나 이상의 원소로 이루어지며, 분말 중 Al2O3 함량이 0.05 중량% 내지 1 중량%인 리튬 금속 산화물 분말을 제공할 수 있다. f = m = e = 0인 실시양태가 본 발명의 일부를 형성할 수 있다는 것은 분명하다. 한 실시양태에서 0.002 ≤ k ≤ 0.02이다. 또 다른 실시양태에서, 분말 중 Al2O3 함량은 0.1 중량% 내지 0.5 중량%이다. 본 발명의 한 유리한 특징은 분말 중 Zr의 농도가 Li 금속 산화물 코어 입자의 벌크에서보다 표면에서 더 높다는 점이다. 그밖의 또 다른 실시양태에서, 코어 입자의 중앙 입자 크기 D50이 2 ㎛ 내지 5 ㎛이다. 크고 밀집한 입자에서 율속 특성은 입자 내의 보다 긴 Li 확산 경로에 의해 제한된다. 따라서 DCR 저항의 상당 부분은 벌크 확산으로부터 유래한다. 작은 입자에서는 반대로, Li 확산 경로가 보다 짧고, 따라서 벌크는 보다 빠른 속도를 유지하며 따라서 DCR은 표면 전하 이동 저항(charge transfer resistance)에 의해 보다 지배받는다. 따라서 전하 이동 저항을 낮추기 위한 표면 변형은 큰 이득을 보증한다. 본 발명자들은 입자가 작은 경우 알루미나 코팅 및 Zr-도핑의 조합이 가장 큰 이득을 제공한다고 여긴다. Viewed from a first aspect the present invention provides a lithium metal oxide powder to be used as the cathode material of the rechargeable battery, the general formula Li 1 + d (Ni x Mn y Co z Zr k M 'm) 1-d O 2 ± e It is composed of Li metal oxide core particles having A f , and Al 2 O 3 is attached to the surface of the core particles, in the above formula 0 ≤ d ≤ 0.08, 0.2 ≤ x ≤ 0.9, 0 <y ≤ 0.7, 0 <z ≤ 0.4, 0 ≤ m ≤ 0.02, 0 <k ≤ 0.05, 0 ≤ e <0.02, 0 ≤ f ≤ 0.02 and x + y + z + k + m = 1, M'is the group Al, Mg, Ti, Cr , V, Fe and one or more elements from Ga, A is one or more elements from groups F, P, C, Cl, S, Si, Ba, Y, Ca, B, Sn, Sb, Na and Zn It is made of, and the Al 2 O 3 content of the powder can provide a lithium metal oxide powder of 0.05% by weight to 1% by weight. It is clear that embodiments where f = m = e = 0 can form part of the present invention. In one embodiment 0.002≦k≦0.02. In another embodiment, the Al 2 O 3 content in the powder is 0.1% to 0.5% by weight. One advantageous feature of the invention is that the concentration of Zr in the powder is higher at the surface than in the bulk of the Li metal oxide core particles. In yet another embodiment, the median particle size D50 of the core particles is between 2 μm and 5 μm. In large and dense particles, the rate-limiting properties are limited by the longer Li diffusion path within the particles. Thus, a large portion of the DCR resistance comes from bulk diffusion. In small particles, on the contrary, the Li diffusion path is shorter, and thus the bulk maintains a faster rate and thus DCR is more dominated by the surface charge transfer resistance. Therefore, the surface modification to lower the charge transfer resistance guarantees a large gain. We believe that the combination of alumina coating and Zr-dope provides the greatest benefit when the particles are small.

다양한 실시양태에서, Al2O3가 불연속 코팅으로서 코어 입자의 표면에 부착된다. 부착된 Al2O3는 d50 < 100 nm인 복수의 개별 입자의 형태일 수 있다. 한 실시양태에서, Al2O3는 건식 코팅법에 의해 코어 입자의 표면에 적어도 일부 제거 가능하게 부착된다. In various embodiments, Al 2 O 3 is attached to the surface of the core particles as a discontinuous coating. The attached Al 2 O 3 may be in the form of a plurality of individual particles with d50 <100 nm. In one embodiment, Al 2 O 3 is at least partially removably attached to the surface of the core particles by a dry coating method.

그밖의 다른 실시양태에서, 0 < x-y < 0.4 및 0.1 < z < 0.4이다. 다양한 실시양태에서, x, y 및 z 중 어느 하나는 0.33±0.03이고, 0.04 < d < 0.08이거나; x = 0.40±0.03, y = 0.30±0.03, z = 0.30±0.03이고, 0.04 < d ≤ 0.08이거나; x = 0.50±0.03, y = 0.30±0.03, z = 0.20±0.03이고, 0.02 < d < 0.05이거나; x = 0.60±0.03, y = 0.20±0.03, z = 0.20±0.03 및 0 < d < 0.03이다. 일반적으로 본 발명의 한 실시양태는 0.3 ≤ x ≤ 0.6, 0.2 < y < 0.4, 0.2 < z < 0.4 및 0 < d < 0.08일 수 있거나 0.2 < y < 0.4, 0.2 ≤ z ≤ 0.4 및 0 ≤ d ≤ 0.08일 수 있다. 이 실시양태는 0.002 ≤ k ≤ 0.02이고 Al2O3 함량이 0.1 중량% 내지 0.5 중량%인 또 다른 실시양태와 조합될 수 있다. In other embodiments, 0 <xy <0.4 and 0.1 <z <0.4. In various embodiments, any one of x, y and z is 0.33±0.03, and 0.04 <d <0.08; x = 0.40±0.03, y = 0.30±0.03, z = 0.30±0.03, and 0.04 <d≦0.08; x = 0.50±0.03, y = 0.30±0.03, z = 0.20±0.03, and 0.02 <d <0.05; x = 0.60±0.03, y = 0.20±0.03, z = 0.20±0.03 and 0 <d <0.03. In general, one embodiment of the present invention may be 0.3 ≤ x ≤ 0.6, 0.2 <y <0.4, 0.2 <z <0.4 and 0 <d <0.08 or 0.2 <y <0.4, 0.2 ≤ z ≤ 0.4 and 0 ≤ d May be ≤ 0.08. This embodiment can be combined with another embodiment where 0.002≦k≦0.02 and the Al 2 O 3 content is 0.1% to 0.5% by weight.

본 발명에 따른 추가 물(product) 실시양태가 상기 기술된 상이한 물 실시양태에 의해 커버되는 특징들과 함께 제공될 수 있음이 명백하다. It is apparent that further product embodiments according to the invention may be provided with the features covered by the different water embodiments described above.

제2 양태로부터 보아, 본 발명은 본 발명에 따른 리튬 금속 산화물 분말의 제조 방법으로서, 상기 분말은 Li 금속 산화물 코어 입자 및 코어 입자의 표면에 부착된 Al2O3로 이루어지며, 상기 방법은As seen from the second aspect, the present invention is a method for producing a lithium metal oxide powder according to the present invention, wherein the powder is composed of Li metal oxide core particles and Al 2 O 3 attached to the surface of the core particles, and the method comprises

- 부피 V1을 갖고, 나노미터 크기의 비응집된 분말인 Al2O3 분말을 제공하는 단계;-Providing an Al 2 O 3 powder having a volume V1 and being a nanometer-sized non-aggregated powder;

- 부피 V2를 갖는 Li 금속 산화물 코어 재료를 제공하는 단계; 및-Providing a Li metal oxide core material having a volume V2; And

- 건식 코팅법으로 Al2O3 분말 및 Li 금속 산화물 코어 재료를 혼합함으로써, Li 금속 산화물 코어 재료를 Al2O3 입자로 피복하는 단계-Coating the Li metal oxide core material with Al 2 O 3 particles by mixing the Al 2 O 3 powder and the Li metal oxide core material by dry coating method

를 포함하는 제조 방법을 제공할 수 있다. 건식 코팅법으로 Al2O3 분말 및 Li 금속 산화물 코어 재료를 혼합하는 단계 동안, 부피 V1 + V2 = Va는 그 부피가 값 Vb로 일정하게 유지될 때까지 감소하며, 이로써 Li 금속 산화물 코어 재료를 Al2O3 입자로 피복한다. 이는 본 발명에 따른 물의 장점을 제공하는 통상적인 방법이며, 이는 대조실시예 1에서 명백해질 것이다. It can provide a manufacturing method comprising a. During the step of mixing the Al 2 O 3 powder and the Li metal oxide core material by dry coating method, the volume V1 + V2 = Va decreases until the volume remains constant at the value Vb, thereby reducing the Li metal oxide core material. Cover with Al 2 O 3 particles. This is a conventional method of providing the advantages of water according to the invention, which will become apparent in Comparative Example 1.

제3 양태로부터 보아, 본 발명은 리튬 금속 산화물 분말 및 중앙 입자 크기 D50이 5 ㎛ 초과인 다른 리튬 전이 금속 산화물계 분말을 포함하는 혼합물에서의, 본 발명에 따른 리튬 금속 산화물 분말의 용도를 제공할 수 있다. Viewing from the third aspect, the present invention will provide the use of the lithium metal oxide powder according to the invention in a mixture comprising a lithium metal oxide powder and another lithium transition metal oxide-based powder having a median particle size D50 greater than 5 μm. I can.

제4 양태로부터 보아, 본 발명은 본 발명에 따른 리튬 금속 산화물 분말을 포함하는 캐소드 재료를 포함하는 배터리로서, 자동차 분야에 사용되는 배터리를 제공할 수 있다.As viewed from the fourth aspect, the present invention can provide a battery including a cathode material including the lithium metal oxide powder according to the present invention, which is used in the automotive field.

한 실시양태에서, 상기 배터리는 하이브리드 전기차의 배터리이다.In one embodiment, the battery is a battery of a hybrid electric vehicle.

도 1: Al-코팅 + Zr-도핑된 NMC433의 SEM 이미지
도 2: 일련의 NMC433 재료에 대해 상이한 충전 상태(state of charge, SOC) 및 25℃에서 HPPC(hybrid pulse power characterization)로 측정한 직류 저항(DCR): 원본(pristine)(P), Al-코팅(Al), Zr-도핑(Zr) 및 Al-코팅 + Zr-도핑(Al + Zr).
도 3: NMC433 재료에 대해 상이한 충전 상태(SOC) 및 -10℃에서 HPPC로 측정한 직류 저항(DCR): 원본(P), Al-코팅(Al), Zr-도핑(Zr) 및 Al-코팅 + Zr-도핑(Al + Zr)
도 4: 일련의 NMC111 재료에 대해 상이한 충전 상태(SOC) 및 25℃에서 HPPC로 측정한 직류 저항(DCR): 원본(P), Al-코팅(Al), Zr-도핑(Zr) 및 Al-코팅 + Zr-도핑(Al + Zr)
도 5: 일련의 NMC111 재료에 대해 상이한 충전 상태(SOC) 및 -10℃에서 HPPC로 측정한 직류 저항(DCR): 원본(P), Al-코팅(Al), Zr-도핑(Zr) 및 Al-코팅 + Zr-도핑(Al + Zr)
도 6: 일련의 NMC433 재료에 대해 1C 충방전 속도 및 45℃에서 측정한 4.2 V에서의 360 mAh 전지의 사이클 수명: 원본(P), Al-코팅(Al), Zr-도핑(Zr) 및 Al-코팅 + Zr-도핑(Al + Zr)
도 7: 일련의 NMC333 재료에 대해 1C 충방전 속도 및 45℃에서 측정한 4.2 V에서의 360 mAh 전지의 사이클 수명: 원본(P), Al-코팅(Al), Zr-도핑(Zr) 및 Al-코팅 + Zr-도핑(Al + Zr)
도 8: 일련의 NMC433 재료의 360 mAh 전지 상의 60℃ 저장 시험 중 매월 측정한 보유력(Qret): 원본(P), Al-코팅(Al), Zr-도핑(Zr) 및 Al-코팅 + Zr-도핑(Al + Zr) (m은 월을 뜻함)
도 9: 일련의 NMC433 재료의 360 mAh 전지 상의 60℃ 저장 시험 중 매월 측정한 회복력(Qrec): 원본(P), Al-코팅(Al), Zr-도핑(Zr) 및 Al-코팅 + Zr-도핑(Al + Zr) (m은 월을 뜻함)
도 10: 일련의 NMC433 재료의 360 mAh 전지 상의 60℃ 저장 시험 중 매월 측정한 직류 저항(DCR)의 증가: 원본(P), Al-코팅(Al), Zr-도핑(Zr) 및 Al-코팅 + Zr-도핑(Al + Zr) (m은 월을 뜻함)
도 11: 일련의 NMC111 재료의 360 mAh 전지 상의 60℃ 저장 시험 중 매월 측정한 보유력(Qret): 원본(P), Al-코팅(Al), Zr-도핑(Zr) 및 Al-코팅 + Zr-도핑(Al + Zr) (m은 월을 뜻함)
도 12: 일련의 NMC111 재료의 360 mAh 전지 상의 60℃ 저장 시험 중 매월 측정한 회복력(Qrec): 원본(P), Al-코팅(Al), Zr-도핑(Zr) 및 Al-코팅 + Zr-도핑(Al + Zr) (m은 월을 뜻함)
도 13: 일련의 NMC111 재료의 360 mAh 전지 상의 60℃ 저장 시험 중 매월 측정한 직류 저항(DCR)의 증가: 원본(P), Al-코팅(Al), Zr-도핑(Zr) 및 Al-코팅 + Zr-도핑(Al + Zr) (m은 월을 뜻함)
도 14: NMC111에 대해 상이한 충전 상태(SOC) 및 25℃에서 HPPC로 측정한 직류 저항(DCR): 본 발명에 따른 Al-코팅 + Zr-도핑(-★-) 대 Zr-도핑 및 Al-코팅 및 후속 열 처리(ㆍㆍ☆ㆍㆍ)
도 15: NMC111에 대해 상이한 충전 상태(SOC) 및 -10℃에서 HPPC로 측정한 직류 저항(DCR): 본 발명에 따른 Al-코팅 + Zr-도핑(-★-) 대 Zr-도핑 및 Al-코팅 및 후속 열 처리(ㆍㆍ☆ㆍㆍ)
도 16: NMC333에 대해 1C 충방전 속도 및 45℃에서 측정한 4.2 V에서의 360 mAh 전지의 사이클 수명: 본 발명에 따른 Al-코팅 + Zr-도핑(-★-) 대 Zr-도핑 및 Al-코팅 및 후속 열 처리(ㆍㆍ☆ㆍㆍ)
도 17: NMC111에 대해 360 mAh 전지 상의 60℃ 저장 시험 중 매월 측정한 보유력(Qret): 본 발명에 따른 Al-코팅 + Zr-도핑(-★-) 대 Zr-도핑 및 Al-코팅 및 후속 열 처리(ㆍㆍ☆ㆍㆍ)
도 18: NMC111에 대해 360 mAh 전지 상의 60℃ 저장 시험 중 매월 측정한 회복력(Qrec): 본 발명에 따른 Al-코팅 + Zr-도핑(-★-) 대 Zr-도핑 및 Al-코팅 및 후속 열 처리(ㆍㆍ☆ㆍㆍ)
도 19: NMC111에 대해 360 mAh 전지 상의 60℃ 저장 시험 중 매월 측정한 직류 저항(DCR)의 증가: 본 발명에 따른 Al-코팅 + Zr-도핑(-★-) 대 Zr-도핑 및 Al-코팅 및 후속 열 처리(ㆍㆍ☆ㆍㆍ)
Figure 1: SEM image of Al-coated + Zr-doped NMC433
Figure 2: Direct current resistance (DCR) measured by hybrid pulse power characterization (HPPC) at 25°C and different state of charge (SOC) for a series of NMC433 materials: pristine (P), Al-coated (Al), Zr-doped (Zr) and Al-coated + Zr-doped (Al + Zr).
Figure 3: Direct current resistance (DCR) measured by HPPC at -10°C and different state of charge (SOC) for NMC433 materials: original (P), Al-coated (Al), Zr-doped (Zr) and Al-coated + Zr-doped (Al + Zr)
Figure 4: Direct current resistance (DCR) measured by HPPC at 25° C. and different state of charge (SOC) for a series of NMC111 materials: original (P), Al-coated (Al), Zr-doped (Zr) and Al- Coating + Zr-Doping (Al + Zr)
Figure 5: Direct current resistance (DCR) measured by HPPC at -10°C and different state of charge (SOC) for a series of NMC111 materials: original (P), Al-coated (Al), Zr-doped (Zr) and Al -Coating + Zr-doped (Al + Zr)
Figure 6: Cycle life of 360 mAh battery at 4.2 V measured at 1C charge and discharge rate and 45°C for a series of NMC433 materials: original (P), Al-coated (Al), Zr-doped (Zr) and Al. -Coating + Zr-doped (Al + Zr)
Figure 7: Cycle life of 360 mAh battery at 4.2 V measured at 1C charge and discharge rate and 45°C for a series of NMC333 materials: original (P), Al-coated (Al), Zr-doped (Zr) and Al. -Coating + Zr-doped (Al + Zr)
Figure 8: Retention power (Q ret ) measured monthly during storage tests at 60° C. on 360 mAh cells of a series of NMC433 materials: original (P), Al-coated (Al), Zr-doped (Zr) and Al-coated + Zr -Doping (Al + Zr) (m means month)
Figure 9: Recovery power (Q rec ) measured monthly during storage tests at 60° C. on 360 mAh cells of a series of NMC433 materials: original (P), Al-coated (Al), Zr-doped (Zr) and Al-coated + Zr -Doping (Al + Zr) (m means month)
Figure 10: Increase in direct current resistance (DCR) measured monthly during storage tests at 60° C. on 360 mAh cells of a series of NMC433 materials: original (P), Al-coated (Al), Zr-doped (Zr) and Al-coated + Zr-doped (Al + Zr) (m means month)
Figure 11: Retention power (Q ret ) measured monthly during storage tests at 60° C. on 360 mAh cells of a series of NMC111 materials: original (P), Al-coated (Al), Zr-doped (Zr) and Al-coated + Zr -Doping (Al + Zr) (m means month)
Figure 12: Recovery power (Q rec ) measured monthly during storage tests at 60° C. on 360 mAh cells of a series of NMC111 materials: original (P), Al-coated (Al), Zr-doped (Zr) and Al-coated + Zr -Doping (Al + Zr) (m means month)
Figure 13: Increase in direct current resistance (DCR) measured monthly during storage tests at 60° C. on 360 mAh cells of a series of NMC111 materials: original (P), Al-coated (Al), Zr-doped (Zr) and Al-coated. + Zr-doped (Al + Zr) (m means month)
Figure 14: DC resistance (DCR) measured by HPPC at 25° C. and different state of charge (SOC) for NMC111: Al-coating + Zr-doped (-★-) vs. Zr-doped and Al-coated according to the invention And subsequent heat treatment (ㆍㆍ☆ㆍㆍ)
Figure 15: DC resistance (DCR) measured by HPPC at -10°C and different state of charge (SOC) for NMC111: Al-coating + Zr-doped (-★-) vs. Zr-doped and Al- according to the invention. Coating and subsequent heat treatment (ㆍㆍ☆ㆍㆍ)
Figure 16: Cycle life of 360 mAh battery at 4.2 V measured at 1C charge/discharge rate and 45°C for NMC333: Al-coating + Zr-doped (-★-) vs. Zr-doped and Al- according to the invention Coating and subsequent heat treatment (ㆍㆍ☆ㆍㆍ)
Figure 17: Retention power (Q ret ) measured monthly during a storage test at 60° C. on a 360 mAh battery for NMC111: Al-coating according to the invention + Zr-doped (-★-) vs. Zr-doped and Al-coated and subsequent Heat treatment (ㆍㆍ☆ㆍㆍ)
Figure 18: Resilience (Q rec ) measured monthly during a storage test at 60° C. on a 360 mAh battery for NMC111: Al-coating according to the invention + Zr-doped (-★-) vs. Zr-doped and Al-coated and subsequent Heat treatment (ㆍㆍ☆ㆍㆍ)
Figure 19: Increase in direct current resistance (DCR) measured monthly during a storage test at 60° C. on a 360 mAh battery for NMC111: Al-coating + Zr-doped (-★-) vs. Zr-doped and Al-coated according to the invention And subsequent heat treatment (ㆍㆍ☆ㆍㆍ)

본 발명은 보다 낮은 DCR 값을 갖고, 따라서 HEV 또는 PHEV 배터리용 캐소드 재료로서 바람직하게 적용될 수 있는 캐소드 재료를 제공한다. 물론 전통적인 고출력 응용분야(예: 전동 공구)용 캐소드로서의 이의 용도는 또한 본 발명의 범위 내이다. 더 나아가 본 발명의 캐소드 재료는 보다 높은 D50을 갖는 다른 캐소드 재료와 혼합될 수 있으며, 이는 후자의 출력 및 DCR 저항을 개선하고, 그렇게 함으로써 바람직한 최종 용도에 따라 캐소드 혼합물을 미세조정하는 것이 주된 목표이다. The present invention provides a cathode material that has a lower DCR value and thus can be preferably applied as a cathode material for an HEV or PHEV battery. Of course its use as a cathode for traditional high power applications (eg power tools) is also within the scope of the invention. Furthermore, the cathode material of the present invention can be mixed with other cathode materials with a higher D50, which is the main goal to improve the output and DCR resistance of the latter, thereby fine-tuning the cathode mixture according to the desired end use. .

본 발명자들은 (1) NMC계 캐소드 재료를 Zr로 도핑한 후 (2) Zr-도핑된 캐소드 재료 상에 Al2O3 코팅을 적용하는 경우 놀랍게도 상승적인 효과를 발견하였다. Zr-도핑은 NMC계 캐소드 재료의 사이클 안정성을 현저하게 개선하도록 도울 수 있다. 이 효과는 표면 변형에 적어도 부분적으로 관련된다.The present inventors have found a surprisingly synergistic effect when (1) doping an NMC-based cathode material with Zr and then (2) applying an Al 2 O 3 coating on the Zr-doped cathode material. Zr-doping can help to significantly improve the cycle stability of NMC-based cathode materials. This effect is at least partially related to the surface deformation.

Zr-도핑된 Li 금속 산화물 코어 입자는 하기와 같이 제조될 수 있다: Zr-doped Li metal oxide core particles can be prepared as follows:

(a) Zr을 포함하는 전구체, 예를 들어 ZrO2를 원하는 최종 NMC 조성을 갖는 리튬- 및 Ni-Mn-Co-전구체와 혼합한다. 전구체를 용기 내에 투입한다. 전구체를 건식 분말 혼합법으로 수직 단축(single-shaft) 믹서에서 블렌딩하고,(a) Precursors comprising Zr, eg ZrO 2 , are mixed with lithium- and Ni-Mn-Co-precursors having the desired final NMC composition. The precursor is introduced into the container. The precursors are blended in a single-shaft mixer by dry powder mixing method,

(b) 산화 분위기에서 소결시킨다. 단계 (a)로부터의 분말 혼합물을 산화 분위기에서 터널로(tunnel furnace)에서 소결시킨다. 소결 온도는 900℃ 초과이고 체류 시간은 ~10 시간이다. 건조 공기를 산화 가스로서 사용하며, (b) Sintering in an oxidizing atmosphere. The powder mixture from step (a) is sintered in a tunnel furnace in an oxidizing atmosphere. The sintering temperature is above 900° C. and the residence time is ˜10 hours. Dry air is used as oxidizing gas,

(c) 소결 후, 샘플을 분쇄기에서 원하는 입자 크기 분포로 파쇄한다.(c) After sintering, the sample is crushed in a mill to the desired particle size distribution.

데이터는 NMC 캐소드에서 Zr의 열역학적 도핑 한계가 매우 작음을 나타냈다. 따라서 아주 소량의 Zr이 벌크에 존재하며 표면 근처, 어쩌면 과립 경계에 과량 Zr의 축적이 있다. 상기 Zr은 어쩌면 전해질과의 과도한 기생적인 반응으로부터 표면을 보호하고, 어쩌면 과립 경계는 빠른 사이클링 동안 기계적 스트레인(mechanical strain)에 대해 더 강건(robust)하다.The data indicated that the thermodynamic doping limit of Zr in the NMC cathode was very small. Thus, very small amounts of Zr are present in the bulk and there is an accumulation of excess Zr near the surface, possibly at the grain boundaries. The Zr probably protects the surface from excessive parasitic reactions with the electrolyte, and maybe the granular boundary is more robust against mechanical strain during fast cycling.

더 나아가, 본 발명자들은 NMC 표면의 Al2O3 나노입자 코팅이 종종 DCR을 개선하고 사이클 안정성을 증가시키는 가벼운 긍정적인 효과를 가짐을 발견하였다. NMC의 Al2O3 코팅은 알루미늄 산화물 나노입자를 캐소드의 표면에 적용시킨다. 캐소드 및 코팅 층이 중간 구배를 형성하는 것은 바람직하지 않으며 이는 통상적으로 보다 높은 온도에서의 열 처리가 NMC-Al2O3 조성물에 가해지는 경우이다. 구배는 US 8,007,941 및 US2011/0076556에서와 같이 일부 알루미늄이 표면에 화학적으로 부착되거나 캐소드의 외측 부분 내로 확산하는 경우, 그리고 일부의 Li가 알루미늄 상에 또는 알루미늄 내에 확산되어 LiAlO2를 형성하는 경우 달성된다. 이와는 반대로, Al2O3 나노입자가 표면에 기계적으로 및 제거 가능하게 부착되는 것, 즉 비교적 느슨하게 부착되는 것이 유리하다. 상기 나노입자는 NMC 자체의 표면적을 증가시키지 않으면서 캐소드 재료의 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 표면적을 증가시키는 데 기여한다. Furthermore, the inventors have found that the Al 2 O 3 nanoparticle coating on the NMC surface often has a mild positive effect of improving DCR and increasing cycle stability. NMC's Al 2 O 3 coating applies aluminum oxide nanoparticles to the surface of the cathode. It is not desirable for the cathode and coating layer to form an intermediate gradient, which is usually the case when heat treatment at higher temperatures is applied to the NMC-Al 2 O 3 composition. The gradient is achieved when some aluminum is chemically attached to the surface or diffuses into the outer part of the cathode, as in US 8,007,941 and US2011/0076556, and when some Li diffuses onto or within the aluminum to form LiAlO 2 . On the contrary, it is advantageous for the Al 2 O 3 nanoparticles to be mechanically and removably attached to the surface, ie relatively loosely attached. The nanoparticles contribute to increasing the Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area of the cathode material without increasing the surface area of the NMC itself.

Al2O3 나노입자 코팅을 Zr-도핑된 NMC의 표면에 적용하는 경우, 본 발명자들은 꽤 강한 상승적 효과를 발견하였다. 모든 경우 일반적인 특성(사이클 안정성 및 DCR 출력)은 Zr-도핑된(그러나 알루미나 코팅되지 않은) 또는 알루미나 코팅된(그러나 Zr-도핑되지 않은) 참조물과 비교하여 가장 우수했다. 더 나아가, 얻어진 도핑 및 코팅된 재료는 기대한 부가적인 결과에 비해 훨씬 더 우수한 특성을 가졌다. 특히, 알루미나 코팅이 없는 Zr-도핑은 도핑되지 않은 NMC보다 더 적은 출력을 야기한 반면, 알루미나 코팅과 함께인 Zr-도핑은, 도핑되지 않고 알루미나 코팅된 NMC보다도 우수한, 가장 우수한 결과를 나타내었다. 또한 Zr-도핑 및 Al2O3 코팅된 캐소드의 사이클 안정성은 Zr-도핑만 있는 또는 알루미나 코팅만 있는 NMC에 비해 기대된 것보다 훨씬 더 우수하였다. 본 발명자들은 어째서 Al2O3이 Zr-도핑된 NMC의 DCR을 그렇게나 개선하는지 단지 짐작할 수 있을 뿐이다. 표면에서의 높은 표면적의 (알루미나-)산화물의 존재는 - 어쩌면 유전 특성에 의해 - 전하 이동 반응을 용이하게 하는 것이 가능하다. When applying the Al 2 O 3 nanoparticle coating to the surface of Zr-doped NMC, the present inventors have found a quite strong synergistic effect. The general properties (cycle stability and DCR output) in all cases were best compared to the Zr-doped (but not alumina coated) or alumina coated (but Zr-doped) reference. Furthermore, the resulting doped and coated material had much better properties than the expected additional results. In particular, Zr-doped without alumina coating resulted in less output than undoped NMC, while Zr-doped with alumina coating showed the best results, better than undoped and alumina coated NMC. In addition, the cycle stability of the Zr-doped and Al 2 O 3 coated cathodes was much better than expected compared to the Zr-doped or alumina coating only NMC. We can only guess why Al 2 O 3 so improves the DCR of Zr-doped NMC. The presence of a high surface area (alumina-) oxide on the surface-perhaps by dielectric properties-makes it possible to facilitate the charge transfer reaction.

실시예는 3-4 ㎛ LNMCO 재료에 대한 결과를 보여줄 것이다. 작은 입자 크기 캐소드는 어떻게 이러한 공지된 고출력 캐소드 재료가 추가로 개선될 수 있는지를 입증하도록 선택되었다. 작은 입자 입자 LNMCO가 자연스러운 선택인 반면, 본 발명의 실시양태는 작은 입자 크기 분포(PSD)를 갖는 LNMCO에 제한되지 않는다. 충분히 큰 BET 표면적을 갖는, 보다 큰 입자 크기 LNMCO의 실시양태는 본 발명의 범위 내이다. The example will show results for a 3-4 μm LNMCO material. Small particle size cathodes were chosen to demonstrate how these known high power cathode materials can be further improved. While small particle particle LNMCO is a natural choice, embodiments of the invention are not limited to LNMCO with small particle size distribution (PSD). Embodiments of larger particle size LNMCOs with sufficiently large BET surface areas are within the scope of the present invention.

실시예는 또한 비교적 높은 Li:M 비율을 갖는 캐소드 재료를 사용한다. Li1+xM1-xO2에서 리튬 과량에 대한 값 "x"는 NMC111에 대해 약 0.06이다. Li 과량은 양이온 혼합을 감소시키고(즉 Ni가 층상 결정 구조인 Li 층 상에 위치함) 따라서 - Li 층에 있는 Ni가 Li 확산 경로를 차단하기 때문에 - 높은 출력을 지지한다. 과량의 Li "x"를 갖는 캐소드 재료는 자연스러운 선택이지만, 본 발명의 상이한 실시양태는 x의 특정 Li 과량 값에 제한되지 않는다. The examples also use cathode materials with a relatively high Li:M ratio. The value "x" for the lithium excess in Li 1+x M 1-x O 2 is about 0.06 for NMC111. Li excess reduces cation mixing (i.e. Ni is located on the layered Li layer, which is a layered crystal structure) and thus supports high power-because Ni in the Li layer blocks the Li diffusion path. Cathode materials with excess Li “x” are a natural choice, but different embodiments of the invention are not limited to the specific Li excess value of x.

더 나아가 실시예는 M = Ni1 / 3Mn1 / 3Co1 /3(NMC111) 또는 M = Ni0.38Mn0.29Co0.33(NMC433)에 가까운 전이금속 조성물을 사용한다. 상기 조성물은 "강건"한 것으로 공지되어 있다: Ni:Mn 비율이 거의 1(unity)이기 때문에, 캐소드는 높은 공기 안정성 및 비교적 낮은 가용성 베이스 함량을 가지며, 이의 제조는 간단하다. 가용성 베이스 함량의 개념은 예를 들어 WO2012/107313에 기술되어 있다. 비교적 높은 Co 함량은 양호한 층상의 결정 구조를 지지하며 이로써 높은 출력능을 보증한다. 높은 Co 함량뿐만 아니라 거의 1이거나 이보다 약간 큰 Ni:Mn을 갖는 캐소드 재료는, 자연스러운 선택이지만, 본 발명의 상이한 실시양태들은 이러한 Ni:Mn 값 및 코발트 함량에 제한되지 않는다. Further embodiment utilizes a transition metal composition is close to M = Ni 1/3 Mn 1 /3 Co 1/3 (NMC111) or M = Ni 0.38 Mn 0.29 Co 0.33 (NMC433). The composition is known to be "robust": because the Ni:Mn ratio is almost unity, the cathode has high air stability and relatively low soluble base content, and its preparation is simple. The concept of soluble base content is described for example in WO2012/107313. The relatively high Co content supports a good layered crystal structure, thereby ensuring high output power. Cathode materials having a high Co content as well as Ni:Mn of about 1 or slightly greater than this are a natural choice, but different embodiments of the invention are not limited to these Ni:Mn values and cobalt content.

결론: 다양한 실시양태에서 본 발명은 상이한 Li:M 화학양론 및 금속 조성 M을 갖는 다수의 상이한 크기의 입자에 적용될 수 있다. 예시된 NMC111 및 x = 0.08 및 M = Ni0 . 38Mn0 . 29Co0 .33인 3-4 ㎛ L1+ xM1 - xO2 외에도, 보다 큰 입자, 더 적은 Co 및 더 높은 Ni:Mn을 갖는 캐소드가 시행될 수 있다. 예를 들어, 캐소드 조성 NMC = 532 및 x = 0.03인 5 ㎛ LNMCO 분말; 또는 캐소드 조성 M = 622 및 x = 0.01인 8 ㎛ LNMCO 분말은, 분말이 Al2O3 나노입자에 의해 Zr 도핑 및 코팅되는 한 본 발명의 실시양태이다.Conclusion: In various embodiments the invention can be applied to a number of different sized particles with different Li:M stoichiometry and metal composition M. Illustrated NMC111 and x = 0.08 and M = Ni 0 . 38 Mn 0 . 29 Co 0 .33 of 3-4 ㎛ L 1+ x M 1 - x O 2 addition, the larger the particles, the less Co and higher Ni: a cathode having a Mn can be performed. For example, 5 μm LNMCO powder with cathode composition NMC = 532 and x = 0.03; Or an 8 μm LNMCO powder with cathode composition M = 622 and x = 0.01 is an embodiment of the present invention as long as the powder is Zr doped and coated with Al 2 O 3 nanoparticles.

DCR 시험은 단일 값을 산출하지 않지만, 이의 값은 배터리의 충전 상태(SOC)의 함수이다. LNMCO 캐소드에 있어서, DCR은 낮은 충전 상태에서 증가하는 반면 높은 충전 상태에서 플랫(flat)하거나 최소값을 나타낸다. 높은 충전 상태는 층전된 배터리를 의미하며, 낮은 충전 상태는 방전된 배터리이다. DCR은 온도에 강하게 의존한다. 특히 낮은 온도에서 전지의 DCR에 대한 캐소드 기여는 지배적이 되며, 따라서 캐소드 재료의 거동이 직접적인 원인인 DCR의 개선을 관찰하기 위해 낮은 T 측정은 꽤 선택적이다. 실시예에서, 본 발명에 따른 재료를 이용하는 실제 완전 전지의 캐소드의 DCR 결과가 보고되어 있다. 통상적으로 SOC는 20% 내지 90%에서 달라지며, 시험은 25℃ 및 -10℃의 대표 온도에서 수행되었다. The DCR test does not yield a single value, but its value is a function of the battery's state of charge (SOC). For LNMCO cathodes, the DCR increases at low charge states while flat or shows a minimum at high charge states. A high state of charge means a layered battery, and a low state of charge means a discharged battery. DCR is strongly dependent on temperature. Particularly at low temperatures, the cathode contribution to the DCR of the cell becomes dominant, so the low T measurement is quite selective to observe the improvement in DCR, which is directly responsible for the behavior of the cathode material. In the examples, the DCR results of the cathode of an actual full cell using the material according to the invention are reported. Typically the SOC varies between 20% and 90%, and the tests were carried out at representative temperatures of 25°C and -10°C.

자동차 배터리는 값이 비싸며 따라서, 이들은 수년간 지속되도록 지지된다. 캐소드 재료는 엄격한 요건들을 만족시켜야 한다. 여기서 본 발명자들은 "배터리 수명" 요건으로서의 이러한 요건들을 요약할 것인데, 이는 배터리 수명이 하나의 단순한 특성이 아니기 때문이다. 실생활에서 배터리는 (운전 중에 또는 정차 중에) 상이한 충전 단계들로 저장되며, 운전 중에는 상이한 전압들뿐만 아니라 상이한 온도들에서 충전 및 방전된다. 개발 목적에 있어서 현실적인 조건 하에 수년간 전지를 시험한다는 것은 불가능하다. 시험의 속도를 높이기 위해서, "가속 수명" 시험을 적용하며, 이는 한정된 품질 수명(shelf-life)에 기여하는 상이한 메커니즘들을 조사한다. Automotive batteries are expensive and therefore they are supported to last for years. The cathode material must meet stringent requirements. Here we will summarize these requirements as a "battery life" requirement, since battery life is not one simple characteristic. In real life, the battery is stored in different charging stages (during driving or stopping) and charging and discharging at different temperatures as well as at different voltages during operation. For development purposes, it is impossible to test cells for years under realistic conditions. To speed up the test, we apply the "accelerated life" test, which investigates different mechanisms contributing to a limited shelf-life.

배터리는 "사이클 안정성"을 측정하기 위해 예를 들어 일정한 충전 및 방전속도에서 시험된다. 사이클 안정성은 상이한 전압 범위, 온도 및 전류 속도 하에 시험될 수 있다. 이러한 상이한 조건 하에 용량 손실을 야기할 수 있는 상이한 매커니즘들이 관찰될 수 있다. 예를 들어 높은 T에서의 느린 사이클링은 대부분 화학 안정성을 나타내지만, 낮은 온도에서의 빠른 사이클링은 역동적인 양태를 나타낸다. 실제 완전 전지에서의 캐소드 - 본 발명에 따라 제조된 - 에 대한 사이클 안정성 결과는 추가로 보고되어 있다. 시험은 2.7 - 4.2 V의 전압 범위, 45℃의 온도 및 1C 충전 - 1C 방전 속도에서 수행하였다. Batteries are tested, for example at constant charge and discharge rates, to measure "cycle stability". Cycle stability can be tested under different voltage ranges, temperatures and current rates. Different mechanisms can be observed that can cause capacity loss under these different conditions. For example, slow cycling at high T shows mostly chemical stability, while fast cycling at low temperatures shows a dynamic behavior. The cycle stability results for the cathode-made according to the invention-in actual full cells are further reported. The test was carried out at a voltage range of 2.7-4.2 V, a temperature of 45° C. and a 1C charge-1C discharge rate.

저장 시험은 (잔존량 또는 보유력을 측정함으로써) 오랜 저장 후 용량 손실, 및 또한 재충전 후 측정된 회복력을 조사한다. 추가로, 저항을 측정하고 초기 값과 비교한다. 저항의 증가는 저장 중 전지 손상의 중요한 결과이며, 이는 이것이 출력능에 직접 영향을 미치기 때문이다. DCR 측정은 또한 저장 중 전지에서 어떤 정도로 바람직하지 않은 부반응이 일어났는지(또는 일어날 것인지) 검출(및 추론)하기 위한 매우 민감한 도구이다. 시험을 가속하기 위해, 저장은 높은 전압(여기서 전지는 4.2 V에서 초기에 완전 충전됨) 및 60℃의 높은 온도에서 수행되며, 이는 바람직하지 않은 부반응을 가속한다. 그러나, 저장 후 용량 및 DCR의 시험은 통상적으로 실온에서 수행된다. 저장 시험의 결과는 추가로 보고되어 있으며, 60℃에서 저장 후 25℃에서 측정한 회복된 용량 및 보유량을 나타낸다. 저장 후 DCR 측정 결과가 또한 보고되어 있고, 그래프는 저장 전 DCR 측정과 비교한 상대적인 값을 나타낼 것이다. The storage test examines the capacity loss after long storage (by measuring the residual amount or retention), and also the measured recovery after recharging. Additionally, the resistance is measured and compared to the initial value. The increase in resistance is an important result of damage to the battery during storage, as it directly affects the output capability. The DCR measurement is also a very sensitive tool for detecting (and inferring) to what extent undesirable side reactions have occurred (or will occur) in the cell during storage. To accelerate the test, storage is carried out at a high voltage (where the cell is initially fully charged at 4.2 V) and at a high temperature of 60° C., which accelerates undesirable side reactions. However, testing of capacity and DCR after storage is usually carried out at room temperature. The results of the storage test are additionally reported and represent the recovered capacity and retention measured at 25°C after storage at 60°C. The DCR measurement result after storage is also reported, and the graph will show the relative value compared to the DCR measurement before storage.

입자성 리튬 전이 금속 산화물 코어 재료는 여러가지 코팅 공정을 이용하여 알루미나로 코팅될 수 있다. 알루미나는 침전, 스프레이 건조, 파쇄 등에 의해 얻어질 수 있다. 한 실시양태에서 알루미나는 통상적으로 50 m2/g 이상의 BET를 가지며 d50 < 100 nm인 1차 입자로 이루어지고, 상기 1차 입자는 비응집된 것이다. 또 다른 실시양태에서, 발연 알루미나 또는 표면 처리된 발연 알루미나가 사용된다. 발연 알루미나 나노입자는 고온 수소-공기 플레임에서 제조되며 일상 용도의 제품을 수반하는 여러 응용분야에서 사용된다. 발연 알루미나의 결정질 구조는 코팅 공정 중에 유지되며 따라서 LiMO2 코어를 둘러싸는 코팅 층에서 발견된다. 이 후자의 방법이 NMC 코어 상에 알루미나 입자를 적용하는 가장 쉽고 가장 저렴한 방법이다. The particulate lithium transition metal oxide core material can be coated with alumina using a variety of coating processes. Alumina can be obtained by precipitation, spray drying, crushing, and the like. In one embodiment the alumina typically consists of primary particles having a BET of at least 50 m 2 /g and d50 <100 nm, the primary particles being non-aggregated. In another embodiment, fumed alumina or surface treated fumed alumina is used. Fumed alumina nanoparticles are made in a high temperature hydrogen-air flame and are used in a number of applications involving everyday use products. The crystalline structure of fumed alumina is maintained during the coating process and is thus found in the coating layer surrounding the LiMO 2 core. This latter method is the easiest and cheapest way to apply alumina particles onto an NMC core.

본 발명은 이제 하기 실시예에서 설명될 것이다:The invention will now be illustrated in the following examples:

실시예 1:Example 1:

본 실시예는, Al-코팅 + Zr-도핑 NMC433 캐소드 재료가 원본, Al-코팅만 있는 및 Zr-도핑만 있는 재료에 비해 가장 우수한 출력 성능을 산출한다는 것을 입증한다. NMC 433는 Li1.08M0.92O2를 의미하며, M = Ni0.38Mn0.29Co0.33O2이다.This example demonstrates that the Al-coated + Zr-doped NMC433 cathode material yields the best output performance compared to the original, Al-coated only and Zr-doped materials. NMC 433 means Li 1.08 M 0.92 O 2 , and M = Ni 0.38 Mn 0.29 Co 0.33 O 2 .

NMC 433 제조: 도핑 및 코팅된 NMC433를, 하기 단계에 의해, 유미코아사(한국)의 파일럿 라인 상에서 제조하였다: (a) 리튬 및 니켈-망간-코발트 전구체 및 Zr 산화물의 블렌딩; (b) 산화 분위기에서의 합성; (c) 파쇄 및 (d) 알루미나 건식 코팅. 각 단계의 상세한 설명은 아래와 같다:NMC 433 Preparation: Doped and coated NMC433 was prepared on a pilot line of Yumicore (Korea) by the following steps: (a) blending of lithium and nickel-manganese-cobalt precursors and Zr oxide; (b) synthesis in an oxidizing atmosphere; (c) crushing and (d) alumina dry coating. A detailed description of each step is as follows:

단계 (a): 1 몰%의 ZrO2에 대한 몰비를 목표로, 건식 분말 혼합법을 이용하여 원하는 최종 433 조성을 갖는 ZrO2, 리튬- 및 Ni-Mn-Co- 전구체의 블렌딩. 전구체를 용기 내에 투입한다. ZrO2 입자는 사각형(tetragonal)이고 단사정계 상(monoclinic phase)이며, 12 nm의 평균 1차 입자 크기 및 60 ± 15 m2/g의 BET를 가졌다. 이들을 리튬 및 Ni-Mn-Co 전구체인 리튬 탄산염 및 혼합된 Ni-Mn-Co 옥시수산화물과 혼합하였다. 전구체를 건식 분말 혼합법으로 수직 단축 믹서에서 블렌딩하였다.Step (a): Blending of ZrO 2 , lithium- and Ni-Mn-Co- precursors with the desired final 433 composition using a dry powder mixing method, targeting a molar ratio to ZrO 2 of 1 mol%. The precursor is introduced into the container. ZrO 2 particles were tetragonal and monoclinic phase, had an average primary particle size of 12 nm and a BET of 60 ± 15 m 2 /g. They were mixed with lithium carbonate, a precursor of lithium and Ni-Mn-Co, and mixed Ni-Mn-Co oxyhydroxide. The precursors were blended in a vertical single axis mixer by dry powder mixing method.

단계 (b): 산화 분위기에서의 소결. 단계 (a)로부터의 분말 혼합물을 산화 분위기에서 터널로에서 소결시켰다. 소결 온도는 900℃ 초과이고 체류 시간은 ~10 시간였다. 건조 공기를 산화 가스로서 사용하였다. Step (b): Sintering in an oxidizing atmosphere. The powder mixture from step (a) was sintered in a tunnel furnace in an oxidizing atmosphere. The sintering temperature was above 900° C. and the residence time was -10 hours. Dry air was used as the oxidizing gas.

단계 (c): 소결 후, 샘플을 분쇄기에서 D50 = 3-4 ㎛인 입자 크기 분포로 파쇄하였다. 스팬(span)은 1.20였다. 스팬은 (D90-D10)/D50로서 정의되며 여기서 DXX는 입자 크기 분석의 부피 분포의 상응하는 XX 값이다. Step (c): After sintering, the sample was crushed in a grinder to a particle size distribution with D50 = 3-4 μm. The span was 1.20. Span is defined as (D90-D10)/D50, where DXX is the corresponding XX value of the volume distribution of the particle size analysis.

단계 (d): 1 kg의 NMC433을 믹서(예를 들어 2L 핸셀(Henschel) 종류 믹서) 내에 충전하고 2 g의 발연 알루미나(Al2O3) 나노분말을 첨가하였다. 1000 rpm에서 30분 동안 혼합하는 중에 발연 알루미나는 천천히 시야에서 사라지고, 초기 분말과 매우 비슷하게 보이는 코팅된 NMC 분말이 산출되었다. 전구체/발연 알루미나의 상기 양적 비율로, 0.3625 몰%의 알루미늄 코팅 수준이 달성되었다(이는 0.1 중량% 알루미늄 또는 약 0.2 중량% 알루미나에 상응함). 추가 분석은 알루미나가 표면에 느슨하게 또는 제거 가능하게 부착되어 있음을 나타내며, 알루미나 입자의 상당한 부분이 실제로 물을 이용하는 적합한 세척에 의해 코어로부터 분리될 수 있다. Step (d): 1 kg of NMC433 was charged into a mixer (for example, a 2L Hanschel type mixer) and 2 g of fumed alumina (Al 2 O 3 ) nanopowder was added. During mixing at 1000 rpm for 30 minutes, the fumed alumina slowly disappeared from the field of view, yielding a coated NMC powder that looked very similar to the initial powder. With this quantitative ratio of precursor/fumed alumina, an aluminum coating level of 0.3625 mol% was achieved (this corresponds to 0.1 wt% aluminum or about 0.2 wt% alumina). Further analysis indicates that the alumina is loosely or removably attached to the surface, and a significant portion of the alumina particles can actually be separated from the core by suitable washing with water.

도 1에서는 본 발명에 따른 Al-코팅 + Zr-도핑된 NMC 433의 SEM 이미지가 나타나 있다. 리튬 금속 산화물 분말은 응집된 서브미크론(submicron) 크기의 미결정으로 이루어진다. 표면 상의 알루미나의 개별 입자(또는 나노미터 크기의 섬(island))의 존재는 분명하다. 1 shows an SEM image of an Al-coated + Zr-doped NMC 433 according to the present invention. The lithium metal oxide powder consists of agglomerated submicron-sized microcrystals. The presence of individual particles of alumina (or nanometer-sized islands) on the surface is evident.

슬러리 제조 및 코팅Slurry preparation and coating

700 g의 NMP로 도핑 및 코팅된 NMC 433, 47.19 g의 super P®(Timcal사제 전도성 카본 블랙) 및 393.26 g의 NMP 용액 중 10중량% PVDF계 결합제를 혼합함으로써 슬러리를 제조하였다. 혼합물을 행성식 믹서에서 2.5 시간 동안 혼합하였다. 혼합 중에 추가 NMP를 첨가하였다. 혼합물을 디스퍼 믹서(Disper mixer)로 이송하고 추가 NMP 첨가 하에 1.5 시간 동안 혼합하였다. 사용된 NMP의 통상적인 총량은 423.57 g였다. 슬러리 중 최종 고형물 함량은 약 65 중량%였다. 슬러리를 코팅 라인으로 이송하였다. 이중 코팅된 전극을 제조하였다. 전극 표면은 매끈하였다. 전극 로딩은 9.6 mg/cm2였다. 전극을 롤 프레스로 압착하여 약 3.2 g/cm3의 전극 밀도를 달성하였다. 전극을 이용하여 이하에 기술된 바와 같이 파우치 전지(pouch cell) 종류의 완전 전지를 제조하였다. A slurry was prepared by mixing NMC 433 doped and coated with 700 g of NMP, 47.19 g of super P® (conductive carbon black manufactured by Timcal) and 393.26 g of a 10% by weight PVDF binder in an NMP solution. The mixture was mixed for 2.5 hours in a planetary mixer. Additional NMP was added during mixing. The mixture was transferred to a Disper mixer and mixed for 1.5 hours under the addition of additional NMP. The typical total amount of NMP used was 423.57 g. The final solids content in the slurry was about 65% by weight. The slurry was transferred to the coating line. A double coated electrode was prepared. The electrode surface was smooth. The electrode loading was 9.6 mg/cm 2 . The electrode was pressed with a roll press to achieve an electrode density of about 3.2 g/cm 3 . A pouch cell type complete cell was prepared as described below using the electrode.

완전 전지 조립Full battery assembly

완전 전지 시험 목적을 위해, 제조된 양극(캐소드)을 통상적으로 그래파이트 종류 탄소인 음극(애노드), 및 다공성 전기 절연 막(세퍼레이터)과 조립하였다. 완전 전지를 하기 주요 단계에 의해 제조하였다: (a) 전극 슬리팅(slitting), (b) 전극 건조, (c) 젤리롤 권취, 및 (d) 포장. For the purpose of full cell testing, the prepared positive electrode (cathode) was assembled with a negative electrode (anode), which is usually graphite type carbon, and a porous electrical insulating film (separator). Complete cells were prepared by the following main steps: (a) electrode slitting, (b) electrode drying, (c) jelly roll winding, and (d) packaging.

(a) 전극 슬리팅: NMP 코팅 후 전극 활물질은 슬리팅 기계에 의해 슬리팅될 수 있다. 전극의 너비 및 길이는 배터리 응용분야에 따라 결정된다. (a) Electrode slitting: After NMP coating, the electrode active material may be slitting by a slitting machine. The width and length of the electrode is determined by the battery application.

(b) 탭의 부착: 2종류의 탭이 있다. 알루미늄 탭은 양극(캐소드)에 부착되고, 구리 탭은 음극(애노드)에 부착된다. (b) Attachment of tabs: There are two types of tabs. The aluminum tab is attached to the anode (cathode), and the copper tab is attached to the cathode (anode).

(c) 전극 건조: 제조된 양극(캐소드) 및 음극(애노드)을 진공 오븐에서 8 시간 동안 85℃ 내지 120℃에서 건조하였다. (c) Electrode drying: The prepared positive electrode (cathode) and negative electrode (anode) were dried at 85° C. to 120° C. for 8 hours in a vacuum oven.

(d) 젤리롤 권취: 전극을 건조한 후 젤리롤을 권취기를 이용하여 제조하였다. 젤리롤은 적어도 음극(애노드), 다공성 전기 절연 막(세퍼레이터) 및 양극(캐소드)으로 이루어진다.(d) Jelly roll winding: After drying the electrode, a jelly roll was prepared using a winding machine. The jelly roll consists of at least a negative electrode (anode), a porous electrical insulating film (separator), and a positive electrode (cathode).

(e) 포장: 제조된 젤리롤을 알루미늄 라미네이트 필름 패키지를 갖는 360 mAh 전지 내에 도입시켜, 파우치 전지를 산출하였다. 추가로, 젤리롤을 전해질로 함침시켰다. 전해질의 양은 다공도 및 양극 및 음극의 치수, 및 다공성 세퍼레이터에 따라 계산하였다. 마지막으로 포장된 완전 전지를 밀봉기에 의해 밀봉하였다.(e) Packaging: The prepared jelly roll was introduced into a 360 mAh battery having an aluminum laminate film package to yield a pouch battery. Additionally, jelly roll was impregnated with electrolyte. The amount of electrolyte was calculated according to the porosity and dimensions of the positive and negative electrodes, and the porous separator. Finally the packaged complete cell was sealed by a sealer.

DCR 저항은 전류 펄스에 대한 전압 반응으로부터 얻었으며, 사용된 공정은 상기 언급한 USABC 표준에 따랐다. DCR 저항은 실제적 적용에 매우 관련이 깊으며 이는 데이터가 페이드 속도(fade rate)를 추정하는 데 사용되어 미래에는 배터리 수명을 예측할 수 있기 때문이며, 더 나아가 DCR 저항은 전극에 대한 손상을 검출하기에 매우 민감한데, 이는 전해질과 애노드 또는 캐소드 간 반응의 반응 생성물이 저전도성 표면 층으로서 침전하기 때문이다. The DCR resistance was obtained from the voltage response to the current pulse, and the process used was in accordance with the USABC standard mentioned above. DCR resistance is very relevant to practical application because data is used to estimate the fade rate so that battery life can be predicted in the future, furthermore, DCR resistance is very useful for detecting damage to electrodes. It is sensitive because the reaction product of the reaction between the electrolyte and the anode or cathode precipitates as a low-conductivity surface layer.

공정은 하기와 같다: 각 10% 충전 상태(SOC) 단계에서 10 초 충전 및 10 초 방전 펄스를 도입하는 시험 프로필을 이용하여, 전지를 HPPC에 의해 시험하여 장치의 가용 전압 범위에 걸쳐 동적 출력능을 결정하였다. 본 발명에서, HPPC 시험은 25℃ 및 -10℃ 양쪽에서 수행하였다. 25℃ HPPC의 시험 공정은 하기와 같다: 전지를 먼저 1C 속도(1 시간 내에 충전된 전지를 방전하는 전류에 상응함)로 CC/CV(정전류/정전압) 모드 하에 2.7 V 내지 4.2 V 사이로 충전-방전-충전하였다. 그 후, 전지를 90% SOC로 1C 속도로 CC 모드 하에 방전하고, 여기서 6C 속도(1/6 시간 내에 충전된 전지를 방전하는 전류에 상응함)로 10초 방전을 가하고 후속하여 4C 속도에서 10초 충전하였다. 펄스 방전 및 펄스 충전 중 전압의 차이를 이용하여 90% SOC에서 방전 및 충전 직류 저항(DCR)을 계산하였다. 이후 전지를 단계적으로 상이한 SOC(80%~20%)에서 1C 속도로 방전하고, 각 SOC에서, 10s HPPC 시험을 상기 기술된 바와 같이 반복하였다. -10℃에서의 HPPC 시험은, 10 초 방전 펄스를 2C 속도로 수행하고 10 초 충전 펄스를 1C 속도로 수행했다는 점을 제외하면 25℃에서의 시험과 기본적으로 동일한 프로토콜을 사용하였다. 충전 및 방전 중 전지 온도에 대한 전지의 자가 가열의 영향을 회피하기 위해서, 각 충전 및 방전 단계 후 고정된 완화 시간을 적용하였다. HPPC 시험은 각 온도에서 각 캐소드 재료의 2가지 전지 상에서 수행하였고 DCR 결과는 2가지 전지에 대해 평균하고 SOC에 대해 플롯팅하였다. 기본적으로, 보다 낮은 DCR은 보다 높은 출력 성능에 상응하였다.The process is as follows: Using a test profile that introduces a 10 second charge and a 10 second discharge pulse at each 10% state of charge (SOC) step, the cell is tested by HPPC to provide dynamic power over the available voltage range of the device. Was determined. In the present invention, the HPPC test was performed at both 25°C and -10°C. The test process for a 25° C. HPPC is as follows: first charge the cell between 2.7 V and 4.2 V under CC/CV (constant current/constant voltage) mode at a rate of 1 C (corresponding to the current discharging the charged cell within 1 hour)- Discharge-charged. The cell is then discharged under CC mode at a rate of 1 C at 90% SOC, where a 10 second discharge is applied at a rate of 6 C (corresponding to the current discharging the charged cell in 1/6 hour) followed by 10 at a rate of 4 C. Charged in seconds. Discharge and charge DC resistance (DCR) was calculated at 90% SOC using the difference in voltage during pulse discharge and pulse charging. The cells were then discharged stepwise at different SOCs (80%-20%) at a rate of 1C, and at each SOC, the 10s HPPC test was repeated as described above. The HPPC test at -10°C was basically the same as the test at 25°C, except that a 10 second discharge pulse was performed at a rate of 2C and a 10 second charge pulse was performed at a rate of 1C. In order to avoid the effect of self-heating of the battery on the battery temperature during charging and discharging, a fixed relaxation time was applied after each charging and discharging step. HPPC tests were performed on two cells of each cathode material at each temperature and the DCR results were averaged for the two cells and plotted against SOC. Basically, lower DCR corresponded to higher output performance.

도 2에서는 25℃에서 측정한 일련의 NMC433 전지의 DCR 결과를 도시한다: 원본, Al-코팅, Zr-도핑 및 Al-코팅 + Zr-도핑. 원본과 비교하여, Al-코팅된 캐소드는 전체 SOC 범위에 더 작은 DCR을 산출하고, 따라서 보다 우수한 출력 성능을 수득한다. Zr-도핑된 캐소드는 일반적으로 보다 높은 DCR을 야기한다. 따라서 출력 성능은 원본에 비해 열등하다. 그러나, 놀랍게도, Al-코팅 및 Zr-도핑의 조합은 가장 우수한 DCR 및 출력 성능을 제공한다. 도 3에서는 -10℃에서 측정한 동일한 일련의 NMC433 전지의 DCR 결과를 나타낸다. Al-코팅만 있는 및 Zr-도핑만 있는 재료가 원본 재료보다 높은 DCR 값을 나타내지만, 놀랍게도, Al-코팅 + Zr-도핑 재료는 여전히 모든 재료 중 가장 우수한 DCR 및 출력 성능을 제공한다.Figure 2 shows the DCR results of a series of NMC433 cells measured at 25° C.: original, Al-coated, Zr-doped and Al-coated + Zr-doped. Compared to the original, the Al-coated cathode yields a smaller DCR over the entire SOC range, thus obtaining a better output performance. Zr-doped cathodes generally lead to higher DCR. Therefore, the output performance is inferior to the original. However, surprisingly, the combination of Al-coating and Zr-doping provides the best DCR and power performance. 3 shows the DCR results of the same series of NMC433 cells measured at -10°C. Although the Al-coated only and Zr-doped only materials exhibit higher DCR values than the original material, surprisingly, the Al-coated + Zr-doped material still provides the best DCR and power performance of all materials.

실시예 2:Example 2:

본 실시예에서 NMC111 재료는 실시예 1에서와 동일한 방법을 이용하여 제조되고 완전 전지에 통합된다. 분말은 3-4 ㎛의 D50 및 1.13의 Li/M 비(Li1 .06M0. 94O2에 상응)를 가진다. Zr 및 Al의 함량은 또한 동일하다: 1 몰% ZrO2 및 0.2 중량% 알루미나. 본 실시예는 캐소드 재료 NMC111에서의 실시예 1에서 관찰된 것과 동일한 효과를 확증한다: Al-코팅 및 Zr-도핑의 조합은 가장 낮은 DCR 및 따라서 원본, Al-코팅만 있는 또는 Zr-도핑만 있는 재료에 비해 가장 우수한 출력 성능을 산출한다. HPPC 시험 조건은 실시예 1에 기술된 바와 같으며, 25℃ 및 -10℃에서의 DCR 결과는 각각 도 4 및 도 5에 나타나 있다. In this example, the NMC111 material was prepared using the same method as in Example 1 and incorporated into a full cell. Powder has a D50 of 3-4 ㎛ and 1.13 Li / M ratio (corresponding to Li 1 .06 M 0. 94 O 2 ). The content of Zr and Al is also the same: 1 mol% ZrO 2 and 0.2 wt% alumina. This example confirms the same effect as observed in Example 1 on the cathode material NMC111: the combination of Al-coating and Zr-doping is the lowest DCR and thus the original, Al-coating only or Zr-doped only. It yields the best output performance compared to the material. HPPC test conditions are as described in Example 1, and DCR results at 25°C and -10°C are shown in FIGS. 4 and 5, respectively.

실시예 3:Example 3:

본 실시예는 실시예 1의 Al-코팅 + Zr-도핑된 NMC433 캐소드 재료가 원본, Al-코팅만 있는 및 Zr-도핑만 있는 재료에 비해 45℃에서 가장 우수한 사이클 수명을 산출한다는 점을 입증한다. 어쩌면 1천회 이상 충전 및 방전될 전기 자동차에서 사용되는 양성 캐소드 재료에 있어서, 우수한 사이클 안정성에 상응하는 긴 사이클 수명을 갖는 것이 매우 중요하다. 실험실에서 단기간 내에 캐소드 재료의 사이클 수명을 추정하기 위해서, 360 mAh 파우치 전지를 1C의 충전 및 방전 속도 양쪽에서 2.7 V 내지 4.2 V 사이에서 사이클링하였다. CC/CV 모드를 충전 중에 적용하고 CC 모드를 방전 중에 사용하였다. 가장 열악한 조건을 시뮬레이션하기 위해, 사이클링은 45℃ 챔버에서 수행하고 전지들을 구별하였다. 제조 중 캐소드 재료 및 전지 변화에서의 차이점 둘 모두는 파우치 전지 용량에서의 차이점을 야기할 수 있었다. 모든 전지 용량을 제2 사이클 QD2의 방전 용량에 정규화하였다. This example demonstrates that the Al-coated + Zr-doped NMC433 cathode material of Example 1 yields the best cycle life at 45° C. compared to the original, Al-coated only and Zr-doped materials. . For a positive cathode material used in an electric vehicle that will probably be charged and discharged more than 1,000 times, it is very important to have a long cycle life corresponding to good cycle stability. To estimate the cycle life of the cathode material in a short period in the laboratory, a 360 mAh pouch cell was cycled between 2.7 V and 4.2 V at both charge and discharge rates of 1 C. CC/CV mode was applied during charging and CC mode was used during discharging. To simulate the harshest conditions, cycling was performed in a 45° C. chamber and cells were differentiated. Both differences in cathode material and cell variations during manufacture could lead to differences in pouch cell capacity. All cell capacities were normalized to the discharge capacity of the second cycle QD2.

사이클 수명의 플롯을 도 6에 나타내었다. 원본의 사이클 수명은 일련의 물질들 가운데 가장 나빴다. Al-코팅만 있는 재료는 사이클 수명을 약간 개선하였으며 Zr-도핑만 있는 재료는 사이클 수명을 더욱 개선하였다. Al-코팅 및 Zr-도핑의 조합은 가장 우수한 사이클 수명을 산출하였으며, 이는 Zr-도핑 및 Al-코팅된 재료의 결과에 기초하여 예측될 수 없었던 결과였다. A plot of cycle life is shown in FIG. 6. The cycle life of the original was the worst of the series. The Al-coated only material slightly improved the cycle life, and the Zr-doped only material further improved the cycle life. The combination of Al-coated and Zr-doped yielded the best cycle life, which was an unpredictable result based on the results of Zr-doped and Al-coated materials.

실시예 4:Example 4:

본 실시예는 실시예 3에서 관찰된 것과 동일한 실시예 2의 캐소드 재료 NMC111에서의 결과를 확증한다: Al-코팅 및 Zr-도핑의 조합은 원본, Al-코팅만 있는 및 Zr-도핑만 있는 재료에 비해 45℃에서 가장 우수한 사이클 수명을 유도하였다(실시예 3에서와 동일한 시험). 사이클 수명 시험 조건은 실시예 3에서 기술된 것과 모두 동일하였다. 도 7에 나타난 바와 같이, 원본의 사이클 수명은 일련의 재료들 중에서 가장 나빴다. Al-코팅 및 Zr-도핑 둘 모두는 NMC111의 사이클 수명을 개선하였다. 가장 우수하고 또 예측하지 못했던 개선은 Al-코팅 및 Zr-도핑 둘 모두의 조합으로부터 유래했다. This example corroborates the results in the cathode material NMC111 of Example 2, which is the same as observed in Example 3: The combination of Al-coating and Zr-doped original, Al-coated only and Zr-doped only materials. The best cycle life was induced at 45° C. compared to (same test as in Example 3). The cycle life test conditions were all the same as those described in Example 3. As shown in Fig. 7, the cycle life of the original was the worst among the series of materials. Both Al-coating and Zr-doped improved the cycle life of NMC111. The best and most unexpected improvement came from the combination of both Al-coating and Zr-doped.

실시예 5:Example 5:

본 실시예는 실시예 1의 Al-코팅 + Zr-도핑된 NMC433 캐소드 재료가 원본, Al-코팅만 있는 및 Zr-도핑만 있는 재료에 비해 60℃ 저장 시험 중에 가장 우수한 보유력, 가장 우수한 회복력 및 가장 작은 = 가장 우수한 DCR 증가를 산출한다는 점을 입증한다.This example shows that the Al-coated + Zr-doped NMC433 cathode material of Example 1 is the best holding power, the best resilience, and the best during the storage test at 60° C. compared to the original, Al-coating only and Zr-doped materials. Small = demonstrates that it yields the best DCR increase.

유사한 휘발유 동력 차량만큼 오래 사용할 것으로 기대되는 전기 자동차에서 사용하는 양성 캐소드 재료에 있어서, 긴 캘린더 수명을 갖는 것은 결정적이다. 캘린더 수명 거동을 조사하고 짧은 시험 기간 내에 전지들을 구분할 수 있기 위해서, 360 mAh 전지를 3달 동안 챔버 중에 60℃에서 저장하였다. 저장 매 1개월 후, 전지를 챔버로부터 꺼내어 보유력을 확인하였다. 이후 전지를 먼저 CC 모드 하에 2.7 V로 방전한 후 4.2 V로 충전하여 회복력을 확인하였다. DCR은 또한 방전 중에 3 V에서 측정하였다. 상이한 전지들 간의 공정한 비교를 위해, 모든 측정된 용량 및 DCR 데이터를 초기 용량 및 초기 DCR에 대해 정규화하였다. For positive cathode materials used in electric vehicles that are expected to last as long as similar gasoline powered vehicles, having a long calender life is crucial. In order to investigate the calendar life behavior and to be able to differentiate cells within a short test period, 360 mAh cells were stored at 60° C. in the chamber for 3 months. After every 1 month of storage, the cells were removed from the chamber and the holding power was checked. Thereafter, the battery was first discharged to 2.7 V under CC mode and then charged to 4.2 V to confirm the resilience. DCR was also measured at 3 V during discharge. For a fair comparison between different cells, all measured capacity and DCR data were normalized for initial capacity and initial DCR.

도 8에서는 일련의 NMC433 재료로 제조한 360 mAh 전지의 정규화된 보유력(Qret) 플롯을 나타낸다. 원본 재료의 보유력은 경시적으로 빠르게 감소하였다. Al-코팅만 있는 재료는 성능이 개선되지 않았고 심지어 2개월 후 더 악화되었다. Zr-도핑만 있는 재료는 보유력이 개선되었다. 그리고 놀랍게도 Al-코팅 + Zr-도핑의 조합은 이를 더욱 개선하였다. 도 9에서는 저장 시험에서 회복력(Qrec)에 대한 Al-코팅 + Zr-도핑의 효과를 도시한다. 이 경향은 보유력에 대해서도 동일하다. 도 10에서는 시간에 대한 정규화된 DCR 값이 플롯팅되어 있다. DCR은 저장 중에, 특히 원본 및 Al-코팅만 있는 재료에 있어서 빠르게 증가하였다. Zr-도핑만 있는 재료는 DCR 증가의 속도를 저하시키지만 Al-코팅 + Zr-도핑된 재료는 이를 추가로 개선하였다. 요약하자면, Al-코팅 및 Zr-도핑의 조합은 60℃에서 저장 시험 중에 가장 우수한 성능을 산출하였다. 8 shows a normalized retention (Q ret ) plot of a 360 mAh cell made from a series of NMC433 materials. The holding power of the original material rapidly decreased over time. Materials with only Al-coating did not improve performance and even worsened after 2 months. Materials with only Zr-dope have improved retention. And surprisingly, the combination of Al-coating + Zr-doped further improved this. 9 shows the effect of Al-coating + Zr-doping on the recovery power (Q rec ) in the storage test. This tendency is the same for holding power. In FIG. 10, normalized DCR values versus time are plotted. DCR increased rapidly during storage, especially for raw and Al-coated materials only. The Zr-doped only material slowed the rate of DCR increase, but the Al-coated + Zr-doped material further improved it. In summary, the combination of Al-coating and Zr-doped yielded the best performance during storage tests at 60°C.

실시예 6:Example 6:

본 실시예는 실시예 5에서 관찰된 것과 동일한 실시예 2의 캐소드 재료 NMC111에서의 효과를 확증한다: Al-코팅 및 Zr-도핑의 조합은 원본, Al-코팅만 있는 및 Zr-도핑만 있는 재료에 비해 60℃에서 저장 시험 중에 가장 우수한 보유력(도 11), 가장 우수한 회복력(도 12) 및 가장 우수한 DCR 증가(도 13)를 제공하였다. 온도 저장 시험 조건은 실시예 5에서 기술된 것과 동일하였다. This example confirms the same effect in the cathode material NMC111 of Example 2 as observed in Example 5: The combination of Al-coating and Zr-doped original, Al-coated only and Zr-doped only materials. Compared to the storage test at 60° C., it provided the best retention (FIG. 11 ), the best recovery (FIG. 12 ), and the best DCR increase (FIG. 13 ). Temperature storage test conditions were the same as those described in Example 5.

대조실시예 1:Control Example 1:

본 대조실시예에서, 1 몰% Zr-도핑된 NMC111을 0.2 중량% Al2O3 나노입자로 건식 코팅한 후 375℃의 중간 온도에서 열처리하였다. 일부 알루미늄이 표면에 화학적으로 부착되고/되거나 캐소드 분말의 코어의 외측 부분으로 확산됨에 따라 구배가 달성되었고, 일부 Li가 알루미나 코팅 상에 및/또는 그 안에 확산되어 LiAlO2를 형성하였다. 이의 화학적 성능을 도 14 내지 도 19에서 Al 건식 코팅 + Zr-도핑 재료의 성능과 비교하였으며, 이는 Al 건식 코팅이 실온(도 14) 및 저온(-10℃, 도 15)에서의 DCR(실시예 1-2에서와 같은 측정), 45℃에서의 사이클 수명(도 16, 실시예 3-4에서와 같은 측정), 보유력(도 17), 회복력(도 18) 및 60℃ 저장 중의 DCR 증가(도 19)(실시예 5-6에서와 같은 측정)에 있어서 Al 구배 코팅보다 우수함을 나타내었다. 도 14 내지 도 19 각각에서, -★-는 본 발명에 따른 분말을 의미하며, ㆍㆍ☆ㆍㆍ는 대조실시예의 분말을 의미한다. US2011/0076556에서의 가열 온도가 본 대조실시예의 온도보다 높으므로, Al 및 Li의 확산은 더욱 확실할 것이며, 이러한 재료에 대한 완전 전지 시험 결과는 대조실시예 1의 결과보다 훨씬 좋지 않을 것이다. In this control example, 1 mol% Zr-doped NMC111 was dry coated with 0.2 wt% Al 2 O 3 nanoparticles and then heat treated at an intermediate temperature of 375°C. A gradient was achieved as some aluminum was chemically attached to the surface and/or diffused to the outer portion of the core of the cathode powder, and some Li diffused onto and/or within the alumina coating to form LiAlO 2 . Its chemical performance was compared with the performance of Al dry coating + Zr-doped material in FIGS. 14 to 19, which shows that Al dry coating is DCR at room temperature (FIG. 14) and low temperature (-10°C, FIG. 15) (Example Measurement as in 1-2), cycle life at 45° C. (measurement as in FIG. 16, Example 3-4), holding power (FIG. 17), resilience (FIG. 18) and DCR increase during storage at 60° C. 19) (Measurement as in Example 5-6) showed superiority to Al gradient coating. In each of Figs. 14 to 19, -★- refers to the powder according to the present invention, and ㆍ·☆·· refers to the powder of the control example. Since the heating temperature in US2011/0076556 is higher than that of this control example, the diffusion of Al and Li will be more certain, and the full cell test results for this material will not be much better than the results of control example 1.

본 발명의 원리의 적용을 설명하기 위해 본 발명의 구체적인 실시양태 및/또는 상세한 설명을 상기에 나타내고 기술하였으나, 본 발명은 하기 특허청구범위에 보다 완전히 기술된 바와 같이, 또는 당업자에게 달리 공지된 바와 같이 (모든 동등물을 포함하여) 이러한 원리에서 벗어남이 없이 포함된다는 것이 이해될 것이다.While specific embodiments and/or detailed descriptions of the present invention have been shown and described above to illustrate the application of the principles of the present invention, the present invention is described more fully in the following claims, or as otherwise known to those skilled in the art. It will be understood that together (including all equivalents) are included without departing from these principles.

Claims (16)

충전식 배터리의 캐소드 재료로서 사용하기 위한 리튬 금속 산화물 분말로서, 일반식 Li1 +d (Nix Mny Coz Zrk M'm)1-d O2±e Af를 갖는 Li 금속 산화물 코어 입자로 이루어지고, Al2O3가 코어 입자의 표면에 부착되며, 상기 식에서 0 ≤ d ≤ 0.08, 0.2 ≤ x ≤ 0.9, 0 < y ≤ 0.7, 0 < z ≤ 0.4, 0 ≤ m ≤ 0.02, 0 < k ≤ 0.05, 0 ≤ e < 0.02, 0 ≤ f ≤ 0.02 및 x + y + z + k + m = 1이며, M'은 군 Al, Mg, Ti, Cr, V, Fe 및 Ga로부터의 하나 이상의 원소로 이루어지고, A는 군 F, P, C, Cl, S, Si, Ba, Y, Ca, B, Sn, Sb, Na 및 Zn으로부터의 하나 이상의 원소로 이루어지며, 분말 중 Al2O3 함량이 0.05 중량% 내지 1 중량%인 리튬 금속 산화물 분말.A lithium metal oxide powder to be used as the cathode material of the rechargeable battery, the general formula Li 1 + d (Ni x Mn y Co z Zr k M 'm) Li metal oxide core particles having a 1-d O 2 ± e A f And Al 2 O 3 is attached to the surface of the core particles, in the above formula 0 ≤ d ≤ 0.08, 0.2 ≤ x ≤ 0.9, 0 <y ≤ 0.7, 0 <z ≤ 0.4, 0 ≤ m ≤ 0.02, 0 <k ≤ 0.05, 0 ≤ e <0.02, 0 ≤ f ≤ 0.02 and x + y + z + k + m = 1, M'is one from the groups Al, Mg, Ti, Cr, V, Fe and Ga Consists of the above elements, A consists of one or more elements from groups F, P, C, Cl, S, Si, Ba, Y, Ca, B, Sn, Sb, Na and Zn, and Al 2 O in the powder 3 Lithium metal oxide powder having a content of 0.05% by weight to 1% by weight. 제1항에 있어서, 코어 입자의 중앙 입자 크기 D50이 2 ㎛ 내지 5 ㎛인 리튬 금속 산화물 분말.The lithium metal oxide powder according to claim 1, wherein the core particle has a median particle size D50 of 2 µm to 5 µm. 제1항에 있어서, Al2O3는 불연속 코팅으로서 코어 입자의 표면에 부착된 것인 리튬 금속 산화물 분말.The lithium metal oxide powder according to claim 1, wherein Al 2 O 3 is attached to the surface of the core particles as a discontinuous coating. 제1항에 있어서, Al2O3는 d50 < 100 nm인 복수의 개별 입자의 형태로 코어 입자의 표면에 부착된 것인 리튬 금속 산화물 분말.The lithium metal oxide powder of claim 1, wherein Al 2 O 3 is attached to the surface of the core particles in the form of a plurality of individual particles having d50 <100 nm. 제1항에 있어서, Al2O3는 건식 코팅법에 의해 코어 입자의 표면에 제거 가능하게 부착된 것인 리튬 금속 산화물 분말.The lithium metal oxide powder according to claim 1, wherein Al 2 O 3 is detachably attached to the surface of the core particles by a dry coating method. 제1항에 있어서, 0 < x-y < 0.4 및 0.1 < z < 0.4인 리튬 금속 산화물 분말.The lithium metal oxide powder according to claim 1, wherein 0 <x-y <0.4 and 0.1 <z <0.4. 제1항에 있어서, x, y 및 z 각각은 0.33±0.03이고, 0.04 < d < 0.08인 리튬 금속 산화물 분말.The lithium metal oxide powder of claim 1, wherein each of x, y and z is 0.33±0.03, and 0.04 <d <0.08. 제1항에 있어서, x = 0.40±0.03, y = 0.30±0.03, z = 0.30±0.03 및 0.04 < d ≤ 0.08인 리튬 금속 산화물 분말.The lithium metal oxide powder according to claim 1, wherein x = 0.40 ± 0.03, y = 0.30 ± 0.03, z = 0.30 ± 0.03 and 0.04 <d ≤ 0.08. 제1항에 있어서, x = 0.50±0.03, y = 0.30±0.03, z = 0.20±0.03 및 0.02 < d < 0.05인 리튬 금속 산화물 분말.The lithium metal oxide powder according to claim 1, wherein x = 0.50 ± 0.03, y = 0.30 ± 0.03, z = 0.20 ± 0.03 and 0.02 <d <0.05. 제1항에 있어서, x = 0.60±0.03, y = 0.20±0.03, z = 0.20±0.03 및 0 < d < 0.03인 리튬 금속 산화물 분말.The lithium metal oxide powder according to claim 1, wherein x = 0.60 ± 0.03, y = 0.20 ± 0.03, z = 0.20 ± 0.03 and 0 <d <0.03. 제1항에 있어서, Zr의 농도는 Li 금속 산화물 코어 입자의 벌크에서보다 표면에서 더 높은 것인 리튬 금속 산화물 분말.The lithium metal oxide powder of claim 1, wherein the concentration of Zr is higher at the surface than in the bulk of the Li metal oxide core particles. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항의 리튬 금속 산화물 분말의 제조 방법으로서, 상기 분말은 Li 금속 산화물 코어 입자 및 코어 입자의 표면에 부착된 Al2O3로 이루어지며, 상기 방법은
- 부피 V1을 갖고, 나노미터 크기의 비응집된 분말인 Al2O3 분말을 제공하는 단계;
- 부피 V2를 갖는 Li 금속 산화물 코어 재료를 제공하는 단계; 및
- 건식 코팅법으로 Al2O3 분말 및 Li 금속 산화물 코어 재료를 혼합함으로써, Li 금속 산화물 코어 재료를 Al2O3 입자로 피복하는 단계
를 포함하는 제조 방법.
A method for producing a lithium metal oxide powder according to any one of claims 1 to 11, wherein the powder comprises Li metal oxide core particles and Al 2 O 3 attached to the surface of the core particles, and the method comprises:
-Providing an Al 2 O 3 powder having a volume V1 and being a nanometer-sized non-aggregated powder;
-Providing a Li metal oxide core material having a volume V2; And
-Coating the Li metal oxide core material with Al 2 O 3 particles by mixing the Al 2 O 3 powder and the Li metal oxide core material by dry coating method
Manufacturing method comprising a.
제12항에 있어서, 건식 코팅법으로 Al2O3 분말 및 Li 금속 산화물 코어 재료를 혼합하는 단계 동안, 부피 V1 + V2 = Va는 그 부피가 값 Vb로 일정하게 유지될 때까지 감소하며, 이로써 Li 금속 산화물 코어 재료를 Al2O3 입자로 피복하는 것인 제조 방법.The method of claim 12, wherein during the step of mixing the Al 2 O 3 powder and the Li metal oxide core material by a dry coating method, the volume V1 + V2 = Va decreases until the volume remains constant at the value Vb, whereby Li metal oxide core material is coated with Al 2 O 3 particles. 리튬 금속 산화물 분말 및 중앙 입자 크기 D50이 5 ㎛ 초과인 다른 리튬 전이 금속 산화물계 분말을 포함하는 혼합물에서의, 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항의 리튬 금속 산화물 분말의 용도. Use of the lithium metal oxide powder according to any one of claims 1 to 11 in a mixture comprising a lithium metal oxide powder and another lithium transition metal oxide-based powder having a median particle size D50 greater than 5 μm. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항의 리튬 금속 산화물 분말을 포함하는 캐소드 재료를 포함하는 배터리로서, 자동차 분야에 사용되는 배터리.A battery comprising a cathode material comprising the lithium metal oxide powder according to any one of claims 1 to 11, which is used in an automobile field. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항의 리튬 금속 산화물 분말을 포함하는 캐소드 재료를 포함하는 하이브리드 전기차의 배터리.A battery of a hybrid electric vehicle comprising a cathode material containing the lithium metal oxide powder of any one of claims 1 to 11.
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Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101960942B1 (en) * 2014-09-03 2019-03-20 미쓰이금속광업주식회사 Positive-electrode active material for lithium secondary cell
PL3353835T3 (en) * 2015-09-23 2020-11-30 Umicore Lithium-rich nickel-manganese-cobalt cathode powders for lithium-ion batteries
KR101982790B1 (en) 2015-10-20 2019-05-27 주식회사 엘지화학 Positive Electrode Active Material Comprising Layered Lithium Metal Oxides and Positive Electrode having the Same
JP6533733B2 (en) * 2015-10-29 2019-06-19 Jx金属株式会社 Positive electrode active material for lithium ion battery, positive electrode for lithium ion battery and lithium ion battery, and method for manufacturing positive electrode active material for lithium ion battery
US20180322334A1 (en) * 2015-11-09 2018-11-08 Konica Minolta, Inc. Person Monitoring Device And Method, And Person Monitoring System
CN110504448B (en) * 2016-01-14 2022-06-14 飞翼新能源公司 Doped modified high-nickel cathode material and preparation method thereof
KR20220051021A (en) 2016-07-05 2022-04-25 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Positive electrode active material, method for manufacturing positive electrode active material, and secondary battery
PL3281915T3 (en) 2016-08-10 2019-09-30 Umicore Precursors for lithium transition metal oxide cathode materials for rechargeable batteries
JP6696692B2 (en) * 2016-09-20 2020-05-20 株式会社東芝 Electrodes, non-aqueous electrolyte batteries, battery packs and vehicles
KR102398195B1 (en) 2016-10-12 2022-05-17 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Positive electrode active material particle and manufacturing method of positive electrode active material particle
CN110050367B (en) * 2016-12-05 2023-09-12 浦项股份有限公司 Positive electrode active material, method of preparing the same, and lithium secondary battery including the same
WO2018117506A1 (en) * 2016-12-22 2018-06-28 주식회사 포스코 Positive electrode active material, method for preparing same, and lithium secondary battery comprising same
US10892488B2 (en) 2017-01-17 2021-01-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrode active material, lithium secondary battery containing the electrode active material, and method of preparing the electrode active material
EP3595058A1 (en) 2017-03-06 2020-01-15 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Positive electrode active material and battery
CN110199418B (en) 2017-04-24 2024-03-08 松下知识产权经营株式会社 Positive electrode active material and battery
JP7177769B2 (en) 2017-05-12 2022-11-24 株式会社半導体エネルギー研究所 Positive electrode active material particles and lithium ion secondary battery
CN108878795B (en) * 2017-05-15 2021-02-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 Modified positive electrode active material, preparation method thereof and electrochemical energy storage device
DE202018006835U1 (en) 2017-05-19 2023-07-18 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Positive electrode active material and secondary battery
EP3633773A4 (en) 2017-05-29 2020-05-27 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Positive electrode active substance and battery
KR102529620B1 (en) 2017-06-26 2023-05-04 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Method for manufacturing positive electrode active material, and secondary battery
KR102194504B1 (en) * 2017-07-14 2020-12-23 한양대학교 산학협력단 Positive active material, method of fabricating of the same, and lithium secondary battery comprising the same
JP7241287B2 (en) * 2017-07-27 2023-03-17 パナソニックIpマネジメント株式会社 Positive electrode active material and battery
JP7228771B2 (en) * 2017-07-27 2023-02-27 パナソニックIpマネジメント株式会社 Positive electrode active material and battery
KR102244955B1 (en) * 2017-09-19 2021-04-27 주식회사 엘지화학 Positive electrode active material for lithium secondary battery, preparing method of the same, positive electrode and lithium secondary battery including the same
WO2019098764A1 (en) * 2017-11-17 2019-05-23 주식회사 엘지화학 Method for preparing irreversible additive contained in positive electrode material for lithium secondary battery, positive electrode material containing irreversible additive prepared thereby, and lithium secondary battery comprising positive electrode material
KR102346153B1 (en) 2017-11-17 2022-01-03 주식회사 엘지에너지솔루션 Method for preparing irreversible additive comprised in cathod material for lithium secondary battery, cathode material comprising irreversible additive prepared by the same, and lithium secondary battery comprising cathod active material
KR102044320B1 (en) 2017-12-26 2019-11-13 주식회사 포스코 Grain oriented electrical steel sheet and method for refining magnetic domains therein
JP7228772B2 (en) * 2018-01-17 2023-02-27 パナソニックIpマネジメント株式会社 Positive electrode active material and battery
KR102513453B1 (en) 2018-10-26 2023-03-24 주식회사 엘지에너지솔루션 Positive electrode active material for secondary battery, method for preparing the same and lithium secondary battery comprising the same
EP3905272B1 (en) * 2018-12-28 2023-01-18 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Solid electrolyte material and battery using same
CN112805793A (en) * 2018-12-28 2021-05-14 松下知识产权经营株式会社 Solid electrolyte material and battery using the same
JP6630863B1 (en) * 2019-04-12 2020-01-15 住友化学株式会社 Lithium metal composite oxide powder, positive electrode active material for lithium secondary batteries
US11611062B2 (en) 2019-04-26 2023-03-21 Ppg Industries Ohio, Inc. Electrodepositable battery electrode coating compositions having coated active particles
KR102527324B1 (en) * 2019-07-22 2023-05-03 주식회사 엘지화학 Method for preparing positive electrode active material for lithium secondary battery and positive electrode active material prepared thereby
CN114631207A (en) * 2019-11-11 2022-06-14 株式会社Lg新能源 Irreversible additive, positive electrode material containing irreversible additive, and lithium secondary battery containing positive electrode material
TWI724715B (en) 2019-12-27 2021-04-11 財團法人工業技術研究院 Ion-conducting material, core-shell structure containing the same, electrode prepared by the core-shell structure and metal-ion battery empolying the electrode
KR102633759B1 (en) * 2020-06-01 2024-02-05 삼성에스디아이 주식회사 Composite cathode active material, Cathode and Lithium battery containing composite cathode active material and Preparation method thereof
US20210384504A1 (en) * 2020-06-03 2021-12-09 The Curators Of The University Of Missouri Ultrathin film coating and element doping for lithium-ion battery electrodes
CN112670500B (en) * 2020-12-28 2023-05-26 天津巴莫科技有限责任公司 High-compaction quick-charge positive electrode material and preparation method thereof
JP2023152003A (en) * 2022-04-01 2023-10-16 住友金属鉱山株式会社 Positive electrode active material for lithium ion secondary battery and method of producing positive electrode active material for lithium ion secondary battery

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050086935A (en) * 2002-12-23 2005-08-30 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 Cathode composition for rechargeable lithium battery
CN102509784A (en) * 2011-10-17 2012-06-20 北大先行科技产业有限公司 Preparation method of lithium ion battery ternary cathode material
KR20120099375A (en) * 2009-08-27 2012-09-10 엔비아 시스템즈 인코포레이티드 Metal oxide coated positive electrode materials for lithium-based batteries
KR20140018685A (en) * 2012-08-03 2014-02-13 주식회사 엘지화학 Cathode active material for secondary battery and lithium secondary battery comprising the same

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5034136B2 (en) * 2000-11-14 2012-09-26 株式会社Gsユアサ Cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same
KR100406816B1 (en) * 2001-06-05 2003-11-21 삼성에스디아이 주식회사 Method of preparing positive active material for rechargeable lithium battery
JP4833058B2 (en) 2004-04-02 2011-12-07 Agcセイミケミカル株式会社 Method for producing lithium-containing composite oxide for positive electrode of lithium secondary battery
JP2005332655A (en) * 2004-05-19 2005-12-02 Hitachi Ltd Energy storing device, module using the same, and electric automobile
JP4798964B2 (en) * 2004-05-28 2011-10-19 三洋電機株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP4683527B2 (en) 2004-07-22 2011-05-18 日本化学工業株式会社 Modified lithium manganese nickel-based composite oxide, method for producing the same, positive electrode active material for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
JP4736943B2 (en) * 2006-05-17 2011-07-27 日亜化学工業株式会社 Positive electrode active material for lithium secondary battery and method for producing the same
KR20080038163A (en) * 2006-06-09 2008-05-02 에이지씨 세이미 케미칼 가부시키가이샤 Positive electrode active material for rechargeable battery with nonaqueous electrolyte, and method for manufacturing the same
JP2008084766A (en) * 2006-09-28 2008-04-10 Sanyo Electric Co Ltd Non-aqueous electrolyte secondary battery
KR100814826B1 (en) * 2006-11-20 2008-03-20 삼성에스디아이 주식회사 Rechargeable lithium battery
JP5526368B2 (en) * 2009-02-04 2014-06-18 三洋電機株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2010113512A1 (en) * 2009-04-03 2010-10-07 パナソニック株式会社 Positive electrode active material for lithium ion secondary battery, method for producing same, and lithium ion secondary battery
JP5791877B2 (en) 2009-09-30 2015-10-07 三洋電機株式会社 Positive electrode active material, method for producing the positive electrode active material, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material
KR101787141B1 (en) * 2010-06-09 2017-10-18 도다 고교 가부시끼가이샤 Lithium composite compound particle powder, method for producing same, and nonaqueous electrolyte secondary battery
US20120040247A1 (en) * 2010-07-16 2012-02-16 Colorado State University Research Foundation LAYERED COMPOSITE MATERIALS HAVING THE COMPOSITION: (1-x-y)LiNiO2(xLi2Mn03)(yLiCoO2), AND SURFACE COATINGS THEREFOR
EP2606524B1 (en) * 2010-08-17 2016-10-12 Umicore Aluminum dry-coated and heat treated cathode material precursors
KR101447840B1 (en) 2010-08-17 2014-10-14 유미코르 Alumina dry-coated cathode material precursors
CN103843188B (en) * 2011-10-11 2016-03-16 株式会社杰士汤浅国际 The manufacture method of rechargeable nonaqueous electrolytic battery and rechargeable nonaqueous electrolytic battery
JP5874430B2 (en) * 2012-02-20 2016-03-02 三洋電機株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery and method for producing the same, and method for producing lithium transition metal composite oxide for non-aqueous electrolyte secondary battery

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050086935A (en) * 2002-12-23 2005-08-30 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 Cathode composition for rechargeable lithium battery
KR20120099375A (en) * 2009-08-27 2012-09-10 엔비아 시스템즈 인코포레이티드 Metal oxide coated positive electrode materials for lithium-based batteries
CN102509784A (en) * 2011-10-17 2012-06-20 北大先行科技产业有限公司 Preparation method of lithium ion battery ternary cathode material
KR20140018685A (en) * 2012-08-03 2014-02-13 주식회사 엘지화학 Cathode active material for secondary battery and lithium secondary battery comprising the same

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